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技術(shù)文章-雷達液位計

雷達液位計和超聲波液位計有哪些區(qū)別

發(fā)布時間:2023-11-22 10:53:26 人氣: 289

液位是工業(yè)過程監(jiān)控的重要目標(biāo)參數(shù)之一,各種罐體、料倉、水池等的連續(xù)物位測量中,由于現(xiàn)場工況千差萬別,很難有能滿足所有工況應(yīng)用的液位儀表。

其中,在非接觸測量儀表中,雷達和超聲波兩種原理物位計應(yīng)用非常廣泛。那么,雷達液位計和超聲波液位計區(qū)別在哪里?這兩種的測量原理究竟是什么?雷達液位計和超聲波液位計相比各自的優(yōu)勢是什么呢?

**,就這些問題和大家講解一下這兩種液位計。


一、超聲波液位計

我們一般把聲波頻率超過20kHz的聲波稱為超聲波,超聲波是機械波的一種,即是機械振動在彈性介質(zhì)中的一種傳播過程,它的特征是頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小,另外方向性好,能夠成為射線而定向傳播。

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超聲波在液體、固體中衰減很小,因而穿透能力強,尤其是在對光不透明的固體中,超聲波可穿透幾十米的長度,碰到雜質(zhì)或界面就會有顯著的反射,超聲波測量液位就是利用了它的這一特征。

在超聲波檢測技術(shù)中,不管哪種超聲波儀器,都必須把電能轉(zhuǎn)換超聲波發(fā)射出去,再接收回來變換成電信號,完成這項功能的裝置被稱為超聲波換能器,也稱探頭。

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工作時,超聲波換能器置于被測物上方,向下發(fā)射超聲波,超聲波穿過空氣介質(zhì),在遇到被測物表面時被反射回來,又被換能器所接收并轉(zhuǎn)換為電信號,電子檢測部分檢測到這一信號后將其變成物位信號進行顯示并輸出。


二、雷達液位計

與超聲波液位計工作模式相同,雷達液位計同樣采用發(fā)射-反射-接收的工作模式,不同是雷達超聲波液位計的測量主要依賴超聲波換能器,而雷達液位計則依靠高頻頭和天線。

超聲波液位計使用機械波,而雷達液位計使用的是超高頻率(幾G到幾十G赫茲)電磁波。電磁波以光速運行,運行時間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號。

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另一種常見的雷達液位計是導(dǎo)波雷達液位計。

導(dǎo)波雷達液位計是依據(jù)時域反射原理(TDR)為基礎(chǔ)的雷達料位計,雷達料位計的電磁脈沖以光速沿鋼纜或探棒傳播,當(dāng)遇到被測介質(zhì)表面時,雷達料位計的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路經(jīng)返回到脈沖發(fā)射裝置,發(fā)射裝置與被測介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時間成正比,經(jīng)計算得出液位高度。 


影響超聲波液位效果因素

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)量反映了液位計應(yīng)用效果。

回波質(zhì)量定義為*小回波幅度(在*惡劣條件下回波幅度)比*大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射回波等的幅度)。回波質(zhì)量數(shù)值越大,物位計應(yīng)用效果越好。

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(dāng)風(fēng)平浪靜時,往池塘中扔石子就可看到水波紋,當(dāng)大風(fēng)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。

2.被測介質(zhì)表面越平整 ,聲阻抗越大越有利于反射回波

測量固體時,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(dāng)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,回波會很寬。這時測得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn),有時會差幾百毫米甚至lm。


影響雷達液位效果因素

1.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。

2.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:天線到被測介質(zhì)問空氣介電常數(shù)的分布;被測介質(zhì)的表面狀態(tài)及其介電常數(shù)。


雷達與超聲波液位計對比

了這么多,兩種液位計對比,各有什么優(yōu)缺點呢?

1. 超聲波精度不如雷達;

2. 由于頻率和天線尺寸的關(guān)系,采用更高頻率的雷達液位計天線尺寸小,更便于安裝;

3. 由于雷達頻率更高,因此波長更短,對傾斜的固體表面有更好的反射;

4. 雷達測量盲區(qū)相對超聲波更?。?/p>

5. 由于雷達頻率更高,因此雷達波束角小,能量集中,增強回波能力同時又有利于避開干擾物;

6. 相比采用機械波的超聲波液位計,雷達基本不受真空、空氣中的水蒸氣、粉塵(石墨、鐵合金等高介電性的粉塵除外)、溫度壓力變化影響;


這樣看起來雷達似乎非常完美。那么,是否雷達液位計可以完全代替超聲波物位計呢?

當(dāng)然不是。超聲波液位計也有自身的優(yōu)點,其中*主要的優(yōu)點是超聲液位計的成本遠低于雷達液位計。

因此在對性能干擾不大(如一些液位測量)的工況,且對精度要求不高的情況下,超聲波液位計是性價比更高的物位測量儀器。


雷達和超聲波兩類型液位計均是工業(yè)物位測量的良好解決方案,其選型應(yīng)用需根據(jù)過程工況、介質(zhì)特性決定,并結(jié)合安裝條件、使用環(huán)境等外界因素。

經(jīng)濟適用,更好的性價比是設(shè)計人員選型的重要依據(jù),也是現(xiàn)代工廠精細化管理追求良好效益的基礎(chǔ)條件。

儀器儀表不像其他產(chǎn)品一樣可以簡單的看上就能買,需要嚴(yán)格根據(jù)工況條件、成本預(yù)算、功能效益等要求仔細選型。

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