物位儀表選型雷達物位計

非接觸物位測量中，雷達技術(shù)的應用近年來獲得快速發(fā)展。超聲波物位計中換能器是眼睛，而雷達物位計中高頻頭和天線是眼睛，回波處理是物位計的大腦。雷達物位計繼承了超聲波物位計的回波處理技術(shù)。

雷達物位計發(fā)出的電磁波碰到被測介質(zhì)被反射，反射回波的質(zhì)量反映了物位計應用效果。回波質(zhì)量定義為最小回波幅度(在最惡劣條件下回波幅度)比最大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射波等的幅度)。回波質(zhì)量數(shù)值越大，物位計應用效果越好。

回波強度主要受以下因素影響

傳播介質(zhì)介電常數(shù)越穩(wěn)定越有利于傳播。雷達波是電磁波，電磁波在傳播過程中不受傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響，只與其介電常數(shù)有關(guān)。這是雷達技術(shù)與超聲波技術(shù)的重大區(qū)別。

被測介質(zhì)表面越平整，其介電常數(shù)越大越有利于回波反射。

所以考慮現(xiàn)場工況時，應特別注意這兩個方面:(1)天線到被測介質(zhì)間空氣介電常數(shù)的分布(2)被測介質(zhì)的表面狀態(tài)及其介電常數(shù)。

雷達物位計的優(yōu)點是:不受空氣波動影響，隨距離衰減小，穿透力強。

雷達的局限性:1)影響雷達的性能是介電常數(shù)，理論上在真空中雷達衰減極小，當空氣中存在對雷達衰減物質(zhì)，例如:含高介電性的粉塵粉末(石墨，鐵合金等)，水蒸氣很大，測量距離和效果要受影響。2)被測介質(zhì)的揮發(fā)氣體會在天線上聚集，水蒸汽會在天線上聚結(jié)，此時，會影響雷達波發(fā)射，嚴重時雷達波不能發(fā)出。3)被測介質(zhì)的介電常數(shù)不能太小。4)盡管溫度和壓力對雷達影響極小，但雷達天線是由材料做成，雷達可適應溫度和壓力的范圍與使用的材料和密封結(jié)構(gòu)有關(guān)。

雷達物位計目前已成為市場上的主流產(chǎn)品，而低頻率雷達物位計盡管具有價格相對低廉的優(yōu)點，但在主要應用領(lǐng)域中，屬于逐漸被淘汰的產(chǎn)品。從超聲波物位計的應用中得知，要獲得比較好的回波，換能器工作頻率大約40KHz，波長大約9mm，這時發(fā)射波的開角為7°-8°。工作頻率越高，其開角越小，但其量程較小。與超聲波類比，雷達物位計要獲得上述效果的回波，其工作頻率應為26GHz，此時，其波長為11mm。當用口徑為100mm的喇叭時，可獲得7°-8°開角的發(fā)射波。若雷達工作頻率是6GHz，則相當于超聲波的工作頻率為10KHz。而工作頻率為10kHz的超聲波物位計在物位測量中各項指標都很不理想，特別不適于固體料位的測量。與低頻率雷達相比，高頻雷達有以下優(yōu)點:

1)高頻雷達物位計(主要指26GHz和24GHz)具有能量高，波束角小(一般Φ95的喇叭天線的波束角為8o，而6GHz低頻脈沖雷達的喇叭天線直徑為Φ246時，波束角為15o)，天線尺寸小，精度高等優(yōu)點。

2)26GHz雷達波長11mm，6GHz雷達波長50mm，雷達測量散裝料位時，雷達波反射主要來自料面的漫反射，漫反射的強度與物料大小成正比，與波長成反比，而大部份散裝料直徑遠遠小于50mm，這就是為什么目前26GHz雷達是散裝料物位測量的最佳選擇。

3)在一些直徑小高度矮的小罐應用中， 6GHz雷達天線長(300-400mm)無形中增大了盲區(qū)(大約600mm)，由于6GHz雷達方向性差(開角大)在小罐中會產(chǎn)生多徑反射;26GHz雷達頻率高頻，天線短，方向性好，克服了6GHz雷達的缺點，適用于小罐測量。

4)由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣，隨著時間推移，雷達天線會堆積污物、水汽等，26GHz雷達天線小，加天線罩可大大改善污物、水汽影響;6GHz雷達天線大，加天線罩很困難。且儀表較沉重，清理困難。

5)由于26GHz雷達方向性好，很多惡劣工況，可通過簡單隔離，將雷達裝在容器外進行測量。

目前，26GHz雷達物位計的價格已與6GHz雷達物位計價格相當，這更促進了26GHz雷達物位計的應用。 可以預見，6GHz雷達物位計市場占有率會大大降低。隨著技術(shù)的進步，我們期待更高頻率(如:90GHz)、更小開角(如:2°，3°)、更小體積的雷達物位計的面世。我們將在此領(lǐng)域中不懈地努力，將雷達物位測量做到極致。

導波雷達物位計--非接觸雷達物位測量的補充

導波雷達物位計發(fā)射脈沖電磁場，以導波纜為中心100mm為半徑，沿纜向前傳播，遇介質(zhì)返回。除有非接觸雷達的特點以外，導波雷達方向性好，頻率低(500M-1GHz)穿透性好。缺點是顯然的，尤其在固體測量中，調(diào)試維修都不方便，經(jīng)常會磨損，甚至斷纜?？衫脤Рɡ走_物位計低頻的穿透性實現(xiàn)某些特殊應用。如:油水界面;以及利用纜的末端反射測量介電常數(shù)非常小的粉末(除塵粉倉)粉位測量等。

在高溫、高壓工況條件下，導波雷達物位計與脈沖(非接觸)雷達物位計相比更具優(yōu)勢。脈沖雷達天線由不銹鋼和PTFE構(gòu)成，而PTFE最高使用溫度200°，最高壓力4MP。當導波雷達用不銹鋼和陶瓷構(gòu)成時，最高使用溫度400°，最高壓力40MP。

傳感器發(fā)出的超聲波碰到被測介質(zhì)被反射，反射回波的質(zhì)量反映了物位計應用效果。回波質(zhì)量定義為最小回波幅度(在最惡劣條件下回波幅度)比最大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射回波等的幅度)?；夭ㄙ|(zhì)量數(shù)值越大，物位計應用效果越好。

超聲波物位計工作頻率及測量性能:傳感器高頻(40-70KHz)工作時，傳感器的尺寸小，盲區(qū)小，方向性好，精度高，但其聲波衰減快，傳播介質(zhì)(空氣)波動時穿透性差，測距較小。傳感器低頻(10-20KHz)工作時，傳感器尺寸大，盲區(qū)大，方向性不好，精度低，其優(yōu)勢是聲波衰減慢，傳播介質(zhì)(空氣)波動時穿透性較好，測距稍遠。

超聲波的回波強度主要受以下兩個因素影響:

1.傳播介質(zhì)越穩(wěn)定越有利于傳播。

超聲波是機械波。機械波在傳播過程中會受到傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響。例如:有一池塘水，當風平浪靜時， 往池塘中扔一石子就可看到水波紋，當大風使池塘水起波浪時，往池塘中扔很大的石頭都難看到水波紋。引起空氣波動因素很多，如:粉塵，氣浪，蒸汽，料流等都會引起空氣波動，降低回波質(zhì)量，影響測量效果。當粉塵，氣浪等現(xiàn)象嚴重時，建議用低頻超聲波物位計來測量。

2.被測介質(zhì)表面越平整，聲阻抗越大(越硬)越有利于反射回波。

在固體測量時，被測表面都是不平的，有一定的安息角。在這種條件下的反射波是漫反射波。由于反射與波長有關(guān)，當反射面的線度可與波長相比時或更大時，才能發(fā)生反射。顯然，工作頻率越高，其波長越小，對于較小的物料，更易于發(fā)生漫反射。例如，頻率為10KHz的機械波在空氣中的波長是34mm，大多數(shù)情況下，物料的線度都不會有這么大。此外，低頻工作時，發(fā)射波的開角大，回波就會很寬。這時測得的數(shù)據(jù)也就不準了，有時會差幾百毫米甚至1米或更多。因此，測量顆粒較小的固體料位，建議使用高頻超聲波物位計。

綜上述，考慮現(xiàn)場工況時，應特別注意兩個方面:換能器到被測介質(zhì)間的空氣狀態(tài)和被測介質(zhì)的表面狀態(tài)。

超聲波物位計的選擇:

1.換能器

生產(chǎn)商給出的最大量程一般是在實驗室條件下才能達到。實際應用時，選擇量程時，要留有余量。應確保測量距離為儀表最大量程的0.3-0.5倍。最好有應用案例。

2.控制表

應選擇有回波顯示功能的控制表。由于物位測量工況的不確定性，物位計的工作性能僅用數(shù)字表示是不夠的?；夭@示是將換能器到被測介質(zhì)之間全過程的回波顯示出來。盲區(qū)附近的波形狀況，真實回波、虛假回波以及雜散噪聲的幅度、寬度以及信噪比等有關(guān)測量性能的因素通過回波曲線的形式全面反映出來，使用戶做到一目了然，心中有數(shù)。

一臺好的超聲波物位計應具備的性能:頻率高、發(fā)射波開角小(方向性好)，換能器諧振好(盲區(qū)小)，換能器要起振快，剎車快，諧振頻率準。全量程回波處理動態(tài)范圍大(100-120dB)，回波圖形顯示。在多虛假回波的工況下，回波波形不斷變化時，物位計應能準確地捕獲真實回波。因此，物位計的回波 處理軟件應具有良好的算法(是一種物位測量應用經(jīng)驗積累的總和)。

超聲波物位計目前市場價值:由于雷達技術(shù)的普及和發(fā)展以及雷達的技術(shù)特點，在物位測量中，超聲波物位計有被雷達物位計取代的趨勢。綜合性價比分析，在液位測量方面，超聲波物位計還有市場。

超聲波物位計的應用主要是考慮換能器(探頭)的選擇。最好不用于固體物位測量。

雷達物位計的應用是考慮天線和頻率的選擇。頻率有6GHz和26GHz兩種，由于6GHz屬于淘汰產(chǎn)品，應盡量選用26GHz雷達物位計。26GHz天線種類很多，各有特點:

GDRD55天線，全四氟(PTFE)密封天線，適合工況較好(測距短，液面穩(wěn)定)的液體，腐蝕性液體。少量的揮發(fā)物對天線只造成輕微污染。

GDRD56,58天線:1，不繡鋼喇叭天線，適合較干凈沒有揮發(fā)物的工況。2，不繡鋼喇叭加PTFE罩天線，適合有揮發(fā)物，粉塵的工況。3，全朔料天線帶PTFE罩天線，適合有揮發(fā)物，粉塵，凝結(jié)的工況。4，不繡鋼喇叭帶吹掃天線，經(jīng)壓縮空氣做吹掃風，適合對天線污染嚴重工況。5，加天線延長管和散熱管，可用于超高溫工況(如鋼水)。

GDRD57，全四氟(PTFE)密封自滴型平面天線，適合食品衛(wèi)生工況。

導波雷達物位計的導波纜繩就是導波雷達的天線，可參照選型手冊選用。

料位計的選型必須結(jié)合實際工況，綜合考慮各種影響因素，以選出性價比較高的、能夠滿足現(xiàn)場應用需求的、合適的型號，因此必須詳細了解如下幾大因素：

物位儀表，又稱料位計，是用來測量料倉/容罐/倉儲等料位的計量儀表，并將料位信號（開關(guān)量或連續(xù)量）轉(zhuǎn)換為電信號（模擬信號或數(shù)字信號）傳送到PLC/DCS上，輔助自動化系統(tǒng)控制卸料、加料或停止進料，保持料倉內(nèi)料位高度。

料位計又稱為料位儀表，料位傳感器，料位儀，料位變送器、物位計、物位儀表等。

料位計可測量各種狀態(tài)的物料，如液態(tài)、漿液狀、灰狀、粉狀、顆粒狀、塊狀等的物料料位，廣泛應用于如下各個行業(yè)：