低頻雷達(dá)物位計和高頻雷達(dá)物位計的不同優(yōu)點
來源:江蘇金湖中鼎儀表有限公司
2012年09月24日 14:27
工作原理:導(dǎo)波雷達(dá)物位計是一種微波物位計,它是微波(雷達(dá))定位技術(shù)的一種運用。它是通過一個可以發(fā)射能量波(一般為脈沖信號)的裝置發(fā)射能量波,能量波在波導(dǎo)管中傳輸,能量波遇到障礙物反射,反射的能量波由波導(dǎo)管傳輸至接收裝置,再由接收裝置接收反射信號。根據(jù)測量能量波運動過程的時間差來確定物位變化情況。由電子裝置對微波信號進(jìn)行處理,zui終轉(zhuǎn)化成與物位相關(guān)的電信號。超聲波物位計中換能器是眼睛,而雷達(dá)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(dá)物位計繼承了超聲波物位計的回波處理技術(shù)。
雷達(dá)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(yīng)用效果。回波質(zhì)量定義為zui小回波幅度(在zui惡劣條件下回波幅度)比zui大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射波等的幅度)?;夭ㄙ|(zhì)量數(shù)值越大,物位計應(yīng)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(dá)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(dá)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(yīng)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(dá)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(dá)的局限性:1)影響雷達(dá)的性能是介電常數(shù),理論上在真空中雷達(dá)衰減極小,當(dāng)空氣中存在對雷達(dá)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(dá)波發(fā)射,嚴(yán)重時雷達(dá)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(dá)影響極小,但雷達(dá)天線是由材料做成,雷達(dá)可適應(yīng)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(dá)物位計目前已成為市場上的主流產(chǎn)品,而低頻率雷達(dá)物位計盡管具有價格相對低廉的優(yōu)點,但在主要應(yīng)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(yīng)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(dá)物位計要獲得上述效果的回波,其工作頻率應(yīng)為26GHz,此時,其波長為11mm。當(dāng)用口徑為100mm的喇叭時,可獲得7°-8°開角的發(fā)射波。若雷達(dá)工作頻率是6GHz,則相當(dāng)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(biāo)都很不理想,特別不適于固體料位的測量。與低頻率雷達(dá)相比,高頻雷達(dá)有以下優(yōu)點:
1)高頻雷達(dá)物位計(主要指26GHz和24GHz)具有能量高,波束角?。ㄒ话?Phi;95的喇叭天線的波束角為8o,而6GHz低頻脈沖雷達(dá)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(dá)波長11mm,6GHz雷達(dá)波長50mm,雷達(dá)測量散裝料位時,雷達(dá)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于50mm,這就是為什么目前26GHz雷達(dá)是散裝料物位測量的*選擇。
3)在一些直徑小高度矮的小罐應(yīng)用中,6GHz雷達(dá)天線長(300-400mm)無形中增大了盲區(qū)(大約600mm),由于6GHz雷達(dá)方向性差(開角大)在小罐中會產(chǎn)生多徑反射;26GHz雷達(dá)頻率高頻,天線短,方向性好,克服了6GHz雷達(dá)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(dá)天線會堆積污物、水汽等,26GHz雷達(dá)天線小,加天線罩可大大改善污物、水汽影響;6GHz雷達(dá)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(dá)方向性好,很多惡劣工況,可通過簡單隔離,將雷達(dá)裝在容器外進(jìn)行測量。
目前,26GHz雷達(dá)物位計的價格已與6GHz雷達(dá)物位計價格相當(dāng),這更促進(jìn)了26GHz雷達(dá)物位計的應(yīng)用。可以預(yù)見,6GHz雷達(dá)物位計*會大大降低。隨著技術(shù)的進(jìn)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(dá)物位計的面世。我們將在此領(lǐng)域中不懈地努力,將雷達(dá)物位測量做到*。
導(dǎo)波雷達(dá)物位計——非接觸雷達(dá)物位測量的補充
導(dǎo)波雷達(dá)物位計發(fā)射脈沖電磁場,以導(dǎo)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(dá)的特點以外,導(dǎo)波雷達(dá)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?dǎo)波雷達(dá)物位計低頻的穿透性實現(xiàn)某些特殊應(yīng)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(dǎo)波雷達(dá)物位計與脈沖(非接觸)雷達(dá)物位計相比更具優(yōu)勢。脈沖雷達(dá)天線由不銹鋼和PTFE構(gòu)成,而PTFEzui高使用溫度200°,zui高壓力4MP。當(dāng)導(dǎo)波雷達(dá)用不銹鋼和陶瓷構(gòu)成時,zui高使用溫度400°,zui高壓力40MP。
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