超声波雷达料位计

一、概述料位是工业生产中的一个重要参数。料位测量的方法很多，针对不同的工况和介质可以使用不同测量原理的料位计，吹气法、静压式、浮球式、重锤式、超声波等几种常用的料位测量仪表，都有各自的特点和应用范围。雷达料位计运用先进的雷达测量技术，以其优良的性能，尤其是在槽罐中有搅拌、温度高、蒸汽大、介质腐蚀性强、易结疤等恶劣的测量条件下，显示出其卓越的性能，在工业生产中发挥着越来越重要的作用。二、原理及技术性能雷达波是一种特殊形式的电磁波，雷达料位计利用了电磁波的特殊性能来进行料位检测。电磁波的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz。电磁波可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积上能量（磁通量或场强）越大，波的衰减越小，雷达料位计的测量效果越好。１.雷达料位计的基本原理雷达式料位计组成：它主要由发射和接收装置、信号处理器、天线、操作面板、显示、故障报警等几部分组成。发射－反射－接收是雷达式料位计工作的基本原理。雷达传感器的天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离以及物位成比例。即：h= H–vt/2 式中 h为料位；H为槽高； v为雷达波速度；t为雷达波发射到接收的间隔时间；２.雷达料位计测量料位的先进技术：(１)回波处理新技术的应用从雷达料位计的测量原理可以知道，雷达料位计是通过处理雷达波从探头发射到介质表面然后返回到探头的时间来测量料位的，在反射信号中混合有许多干扰信号，所以，对真实回波的处理和对各种虚假回波的识别技术就成为雷达料位计能够准确测量的关键因素。(２)测量数据处理：由于液面波动和随机噪声等因素的影响，检测信号中必然混有大量噪声。为了提高检测的准确度，必须对检测信号进行处理，尽可能消除噪声。经过大量的实验验证，采用数据平滑方法可以达到满意的效果。此方法也可有效的克服罐内搅拌器对测量的影响。(３)雷达料位计的特点：　　由于雷达料位计采用了上述先进的回波处理和数据处理技术，加上雷达波本身频率高，穿透性能好的特点，所以，雷达料位计具有比接触式料位计和同类非接触料位计更加优良的性能。①可在恶劣条件下连续准确地测量。②操作简单，调试方便。③准确安全且节省能源。④无需维修且可靠性强。⑤几乎可以测量所有介质。三、安装应注意的问题（１）当测量液态物料时，传感器的轴线和介质表面保持垂直；当测量固态物料时，由于固体介质会有一个堆角，传感器要倾斜一定的角度。（２）尽量避免在发射角内有造成假反射的装置。特别要避免在距离天线最近的1/3锥形发射区内有障碍装置（因为障碍装置越近，虚假反射信号越强）。若实在避免不了，建议用一个折射板将过强的虚假反射信号折射走。这样可以减小假回波的能量密度，使传感器较容易地将虚假信号滤出。（３）要避开进料口，以免产生虚假反射。（４）传感器不要安装在拱形罐的中心处（否则传感器收到的虚假回波会增强），也不能距离罐壁很近安装，最佳安装位置在容器半径的１／２处。（５）要避免安装在有很强涡流的地方。如：由于搅拌或很强的化学反应等，建议采用导波管或旁通管测量。（６）若传感器安装在接管上，天线必须从接管伸出来。喇叭口天线伸出接管至少１０mm。棒式天线接管长度最大100或250mm。接管直径最小250mm。可以采取加大接管直径的方法，以减少由于接管产生的干扰回波。（７）关于导波管天线：导波管内壁一定要光滑，下面开口的导波管必须达到需要的最低液位，这样才能在管道中进行测量。传感器的类型牌要对准导波管开孔的轴线。若被测介电常数小于４，需在导波管末端安装反射板，或将导波管末端弯成一个弯度，将容器底的反射回波折射走。四、应用中存在的问题及解决方法有些工况下所使用的雷达料位计，因为传感器安装位置不当及条件所致，出现了一些问题，下面将对一些使用中的问题提出解决方案,供大家参考。1．探头结疤和频繁故障的解决方法第一个办法是将探头安装位置提高，但是有时候安装条件限制，不能提高的情况下，就应采用将料位测量值与该槽的泵联锁的办法，解决这一难题：将最高料位设定值减小0.5m左右，当料位达到该最高值时，即可停进料泵或开启出料泵。2．雷达料位计被淹相应的改进办法 解决这种问题的办法是将雷达料位计改为导波管式测量。仍在原开孔处安装导波管式雷达料位计，导波管高于排汽管0.2m左右， 这样一来，即使出现料浆从排汽管溢出的恶劣工况，也不会使料位计天线被料浆淹没，而且避免了搅拌器涡流的干扰及大量蒸汽从探头处冒出，减少了对探头的损害，同时由于导波管聚焦效果好，接收的雷达波信号更强，取得了很好的测量效果。使用导波管测量方式，可以改善表计测量条件，提高仪表测量性能,具有很高的推广应用价值。3．关于泡沫对测量的影响：干泡沫和湿泡沫能将雷达波反射回来，对测量无影响；中性泡沫则会吸收和扩散雷达波，因而严重影响回波的反射甚至没有回波。当介质表面为稠而厚的泡沫时，测量误差较大或无法测量，在这种工况下，雷达料位计不具有优势，这是其应用的局限性。4．对于天线结疤的处理：介电常数很小的挂料在干燥状态下对测量无影响，而介电常数很高的挂料则对测量有影响。可用压缩空气吹扫（或清水冲洗），且冷却的压缩空气可降低法兰和电器元件的温度。还可用酸性清洗液清洗碱性结疤，但在清洗期间不能进行料位测量。五、结束语雷达料位计是目前各类料位测量仪表中适用范围最广、测量最精确、维护最方便的料位测量仪表。随着其价格的进一步降低，性价比的提高，应用将会越来越广泛，在料位测量中发挥越来越重要的作用。本文对其进行系统的阐述，旨在为广大维护人员更好地使用和掌握它，希望能对大家提供一些借鉴和帮助。

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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。