超声波雷达物位计

我们一般把声波频率超过20kHz的声波称为超声波，超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透能力强，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或界面就会有显著的反射，超声波测量物位就是利用了它的这一特征。 在超声波检测技术中，不管那种超声波仪器，都必须把电能转换超声波发射出去，再接收回来变换成电信号，完成这项功能的装置就叫超声波换能器，也称探头。将超声波换能器置于被测液体上方，向下发射超声波，超声波穿过空气介质，在遇到水面时被反射回来，又被换能器所接收并转换为电信号，电子检测部分检测到这一信号后将其变成液位信号进行显示并输出。 由超声波在介质中传播原理可知，若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定，则超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此，当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据。 超声波有盲区，安装时必须计算预留出传感器安装位置与测量液体之间的距离。 雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波，雷达波以光速运行。这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下：D=CT/2式中 D——雷达液位计到液面的距离C——光速T——电磁波运行时间 雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。在实际运用中，雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计，功耗大，须采用四线制，电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低，可用二线制的24V DC供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。 超声波用的是声波，雷达用的是电磁波，这才是最大的区别。而且超声波的穿透能力和方向性都比电磁波强的多，这就是超声波探测现在比较流行的原因。主要应用场合的区别： 超声波和雷达主要是测量原理的不同，而导致他们的不同的运用场合。雷达是鉴于被测物质的介电常数的，而超声波是鉴于被测物质的密度的。所以介电常数很低的物质雷达的测量效果就要打折扣，对于固体物质一般也推荐用超声波。同时雷达发射的是电磁波，不需要传播媒介，而超声波是声波，是一种机械波，是需要传播媒介的。另外波的发射方式元件不同，如超声波是通过压电物质的振动来发射的，所以它不可能用在压力较高或负压的场合，一般只用在常压容器。而雷达可以用在高压的过程罐。雷达的发射角度比超声波大，在小容器或瘦长的容器不推荐用非接触式雷达，一般推荐导波雷达。最后就是精度的问题，当然了，雷达的精度肯定是比超声波高，在储罐上肯定是用高精度雷达的，而不会选超声波。至于价格方面，一般情况下超声波比雷达低，当然一些大量程的超声波价格也是很高的，如6～70米的量程，这时雷达也达不到，只能选超声波！ 声波的传输是需要媒介的，所以在真空中就不能传播。所以超声波在现实应用中的局限性还是很大的，与雷达比起来多有不足。首先，超声波物位计有温度限制，一般探头处温度不能超过80度，并且声波速度受温度影响很大。其次，超声波物位计受压力影响很大，一般有求0.3MPa以内，因为声波要靠振动来发出，压力太大时发声部件会受影响。第三，当测量环境中雾气或粉尘很大时将不能很好的测量。凡此种种，都限制了超声波物位计的应用。与之相比，雷达的是电磁波，不受真空度影响，对介质温度压力的适用范围又很宽，随着高频雷达的出现，其应用范围就更加广泛了，所以在物位测量中，雷达是一个非常好的选择。 但是不论是雷达还是超声波液位计，在安装过程中都必须注意安装位置，注意盲区。比如安装在罐体上时，不要装在进料口，不要装在人梯附近，离罐壁要有300到500mm的距离，防止回波干扰。在有搅拌，液面波动大的时候也要选择合适的安装方法。总之，没有十全十美的东西。1.雷达测量范围要比超声波大很多。2.雷达有喇叭式、杆式、缆式，相对超声波能够应用于更复杂的工况。3.超声波精度不如雷达。4.雷达相对价位较高。5.用雷达的时候要考虑介质的介电常数。6.超声波不能应用于真空、蒸汽含量过高或液面有泡沫等工况。

雷达物位计又可称为微波物位计，其工作方式是向被测目标发射微波，由目标反射的回波返回发射器被接收，与发射波进行比较，确定目标存在并计算出发射器到目标的距离。雷达物位计按工作方式可以分为非接触式和接触式两种，其中非接触式微波物位计是近年来发展最快的物位测量仪表。 非接触式微波物位计常用喇叭或杆式天线来发射与接收微波，物位计安装在料仓顶部，不与被测介质接触，微波在料仓上部空间传播与返回。非接触式微波物位计安装简单、维护量少，并且不受料仓内气体成分、粉尘、温度变化等的影响。接触式微波物位计一般采用金属波导体来传导微波，仪表从仓顶安装，导波杆直达仓底，发射的微波沿波导体外部向下传播，在到达物料面时被反射，沿波导体返回发射器被接收。 雷达物位计采用微波脉冲的测量方法，并可在工业频率波段范围内正常工作，波束能量较低，可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对人体及环境均无伤害。雷达物位计适用于对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触式连续测量，适用于温度、压力变化大、有惰性气体及挥发存在的场合。

雷达物位计分类有很多种，按照功能用途分和天线脉冲分。1.用于库存管理或贸易结算的高精度液位计量 主要用于石油成品油及化学用品液体的精度测量，测量精度主要在1MM以内，基本上采用调频连续波原理。价格昂贵，应用量也有限，故只有少数公司生产，有适用于不同场合的喇叭、抛物面及阵列天线.2.用于过程物位监测 由于工业过程种类繁多，仪表必须适应各种介质，以及不同的温度、压力范围。精度约为0.1%FS或者5mm。这几年，过程级微波物位计发展很快，主要是加速普及。在性能提高的同时，价格也相对适中，适用于更多工况。固态物料料位，特别是气体输送料状料位（烟灰、成品水泥）一直是物位测量中的难题，但是雷达物位计可以稳定、可靠的测量。雷达物位计通有脉冲法（PULS）和连续调频法（FMCW）两种。 连续调频(FMCW)技术1.脉冲法（PULS）脉冲波测距是由天线向被测物料面发射一个微波脉冲，当接收到被测物料面上反射回来的回波后，测量两者时间差(即微波脉冲的行程时间)，来计算物料面的距离。微波发射和返回之间的时差很小，对于几米的行程时间要以纳秒来计量。脉冲测距采用规则的周期重复信号，并重复频率(RPF)高。2.连续调频(FMCW) 连续调频(FMCW)技术测量物位是将传播时间转换成频差的方式，通过测量频率来代替直接测量时差，来计算目标距离。发射一个频率被线性调制的微波连续信号，频率线性上升(下降)，所接收到的回波信号频率也是线性上升(下降)的，两者的频率差将比例于离目标的距离。频率被调制的信号通过天线向容器中被测物料面发射，被接收的回波频率信号和一部分发射频率信号混合，产生的差频信号被滤波及放大，然后进行快速傅利叶变换(FFT)分析，FFT分析产生一个频谱，在此频谱上处理回波并确认回波。雷达物位计按工作方式可以分为非接触式和接触式两种。1.非接触式微波物位计常用喇叭或杆式天线来发射与接收微波，仪表安装在料仓顶部，不与被测介质接触，微波在料仓上部空间传播与返回。安装简单、维护量少，并且不受料仓内气体成分、粉尘、温度变化等的影响，深受用户欢迎，可替代劳动强度大的人工投尺或带重锤的卷尺、维修率高的接触式仪表（重锤探测式yo-yo）、电容等。因此，非接触式微波物位计是近年来发展最快的物位测量仪表。2.接触式微波物位计一般采用金属波导体（杆或钢缆）来传导微波，仪表从仓顶安装，导波杆直达仓底，发射的微波沿波导体外部向下传播，在到达物料面时被反射，沿波导体返回发射器被接收。[color=#ffffff][b]文章来源：物位计 http://www.china-endress.com/[/b][/color]