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雷达物位计和超声波物位计的工作原理与选型对比

2019-09-23

  【计为仪表 耐用可靠】物位是工业过程监控的重要参考指标,在化工厂、食品加工厂、建材厂、原料厂等工厂内各种罐体、料仓、水池的连续物位测量中,雷达物位计和超声波物位计均应用广泛。由于两者有较多的相似之处,因此常被用户拿来比较与替换。在应用场合,雷达物位计和超声波物位计也没有特别明确的界限划分,为能更好地区分这两种物位计,本文针对这两种物位计的工作原理和选型对比如下。
  一、工作原理简述
  雷达物位计
  按雷达物位计工作方式,主要分为脉冲式和连续调频式。脉冲式雷达物位计采用微波的原理(发射→反射→接收),由天线发射出的电磁波信号,并在被测物料表面产生反射,反射的回波信号被雷达物位计接收,再计算出发射至接收的行程时间。连续调频式雷达物位计的工作原理与脉冲式不同,电磁波信号被液面反射后,被同一天线接收,再基于快速傅里叶(FFT)变换的技术原理,将时域中不同频率的信号转变成频域中的频谱,根据发射信号和回波信号之间的频率差与到介质表面的距离成正比,来计算出天线到物料表面的距离。
  超声波物位计
  与脉冲式雷达物位计类似,超声波物位计也是利用回波的反射原理,来测量物位的高度,两者之间的唯一差别为雷达采用的是电磁波,且无需传播介质,但是超声波物位计采用机械波,其传播必须借助一定介质,所以当介质的压力、温度、密度、湿度等条件恒定时,超声波在该介质中的传播速度是一个常数。
  二、产品选型对比
  雷达物位计选型要综合考虑介质的介电常数、料仓高度、物料形态及稳定性等因素,从而确定其微波频率、波束角以及天线型式;而超声波物位计因其声波的传播速度与传播介质的温度、压力以及被测介质的特性等均有关系,一般用于较为稳定的物位工况测量。
  (1)介电常数
  由于电磁波的衰减系数与介质的介电常数的平方根成反比,因此,被测介质的介电常数越大,电磁波的衰减越少,物位计接收到的反射信号也就越强,即该情况下选用雷达物位计来测量物位更为合适。
  (2)物料形态及稳定性
  当物料为固体或粉末状态时,由于折射、漫散射等影响,使有效的回波减少,杂波干扰增加,不建议选用超声波物位计。但当测量表面会发生波动时,选用雷达物位计也存在有效回波检测困难的情况。
  (3)测量范围
  超声波物位计比雷达物位计的测量量程要短,一般不超15m。因此雷达物位计更适合用于大型或超大型的储罐、塔槽、锅炉等设备。
  (4)特性比较
  超声波物位计的测量受温度和压力的影响较大,且不可用于压力较高或负压的场合,通常只适用于常压容器。而雷达物位计受温度和压力的影响较小,可以用在高温、高压工况下。原因是机械波易受传播介质的影响,能量衰减也相对较大,在气态或者不均匀介质中表现更明显。但是,电磁波的传播性比超声波要强,因此雷达物位计的可使用量程范围也比超声波要大,持别现在采用高频和连续调频技术,使得其量程范围进一步增大。此外,雷达物位计对环境和介质本身产生的扰动分辨能力更强,也就可以更好地消除干扰,使得其能更好地保证测量精度。也正是因为雷达物位计的测量范围更宽广,且精度高,采用的测量技术与仪表构造更为高端、复杂,因此在价格上雷达物位计比超声波物位计贵出许多,出于成本考虑,不少用户选用超声波物位计进行替代。

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