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雷達(dá)物位計和超聲波物位計的工作原理與選型對比
2019-09-23
【計為儀表 耐用可靠】物位是工業(yè)過程監(jiān)控的重要參考指標(biāo)，在化工廠、食品加工廠、建材廠、原料廠等工廠內(nèi)各種罐體、料倉、水池的連續(xù)物位測量中，雷達(dá)物位計和超聲波物位計均應(yīng)用廣泛。由于兩者有較多的相似之處，因此常被用戶拿來比較與替換。在應(yīng)用場合，雷達(dá)物位計和超聲波物位計也沒有特別明確的界限劃分，為能更好地區(qū)分這兩種物位計，本文針對這兩種物位計的工作原理和選型對比如下。
一、工作原理簡述
雷達(dá)物位計
按雷達(dá)物位計工作方式，主要分為脈沖式和連續(xù)調(diào)頻式。脈沖式雷達(dá)物位計采用微波的原理（發(fā)射→反射→接收），由天線發(fā)射出的電磁波信號，并在被測物料表面產(chǎn)生反射，反射的回波信號被雷達(dá)物位計接收，再計算出發(fā)射至接收的行程時間。連續(xù)調(diào)頻式雷達(dá)物位計的工作原理與脈沖式不同，電磁波信號被液面反射后，被同一天線接收，再基于快速傅里葉（FFT）變換的技術(shù)原理，將時域中不同頻率的信號轉(zhuǎn)變成頻域中的頻譜，根據(jù)發(fā)射信號和回波信號之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成正比，來計算出天線到物料表面的距離。
超聲波物位計
與脈沖式雷達(dá)物位計類似，超聲波物位計也是利用回波的反射原理，來測量物位的高度，兩者之間的唯一差別為雷達(dá)采用的是電磁波，且無需傳播介質(zhì)，但是超聲波物位計采用機(jī)械波，其傳播必須借助一定介質(zhì)，所以當(dāng)介質(zhì)的壓力、溫度、密度、濕度等條件恒定時，超聲波在該介質(zhì)中的傳播速度是一個常數(shù)。
二、產(chǎn)品選型對比
雷達(dá)物位計選型要綜合考慮介質(zhì)的介電常數(shù)、料倉高度、物料形態(tài)及穩(wěn)定性等因素，從而確定其微波頻率、波束角以及天線型式；而超聲波物位計因其聲波的傳播速度與傳播介質(zhì)的溫度、壓力以及被測介質(zhì)的特性等均有關(guān)系，一般用于較為穩(wěn)定的物位工況測量。
（1）介電常數(shù)
由于電磁波的衰減系數(shù)與介質(zhì)的介電常數(shù)的平方根成反比，因此，被測介質(zhì)的介電常數(shù)越大，電磁波的衰減越少，物位計接收到的反射信號也就越強(qiáng)，即該情況下選用雷達(dá)物位計來測量物位更為合適。
（2）物料形態(tài)及穩(wěn)定性
當(dāng)物料為固體或粉末狀態(tài)時，由于折射、漫散射等影響，使有效的回波減少，雜波干擾增加，不建議選用超聲波物位計。但當(dāng)測量表面會發(fā)生波動時，選用雷達(dá)物位計也存在有效回波檢測困難的情況。
（3）測量范圍
超聲波物位計比雷達(dá)物位計的測量量程要短，一般不超15m。因此雷達(dá)物位計更適合用于大型或超大型的儲罐、塔槽、鍋爐等設(shè)備。
（4）特性比較
超聲波物位計的測量受溫度和壓力的影響較大，且不可用于壓力較高或負(fù)壓的場合，通常只適用于常壓容器。而雷達(dá)物位計受溫度和壓力的影響較小，可以用在高溫、高壓工況下。原因是機(jī)械波易受傳播介質(zhì)的影響，能量衰減也相對較大，在氣態(tài)或者不均勻介質(zhì)中表現(xiàn)更明顯。但是，電磁波的傳播性比超聲波要強(qiáng)，因此雷達(dá)物位計的可使用量程范圍也比超聲波要大，持別現(xiàn)在采用高頻和連續(xù)調(diào)頻技術(shù)，使得其量程范圍進(jìn)一步增大。此外，雷達(dá)物位計對環(huán)境和介質(zhì)本身產(chǎn)生的擾動分辨能力更強(qiáng)，也就可以更好地消除干擾，使得其能更好地保證測量精度。也正是因?yàn)槔走_(dá)物位計的測量范圍更寬廣，且精度高，采用的測量技術(shù)與儀表構(gòu)造更為高端、復(fù)雜，因此在價格上雷達(dá)物位計比超聲波物位計貴出許多，出于成本考慮，不少用戶選用超聲波物位計進(jìn)行替代。
一、工作原理簡述
雷達(dá)物位計
按雷達(dá)物位計工作方式，主要分為脈沖式和連續(xù)調(diào)頻式。脈沖式雷達(dá)物位計采用微波的原理（發(fā)射→反射→接收），由天線發(fā)射出的電磁波信號，并在被測物料表面產(chǎn)生反射，反射的回波信號被雷達(dá)物位計接收，再計算出發(fā)射至接收的行程時間。連續(xù)調(diào)頻式雷達(dá)物位計的工作原理與脈沖式不同，電磁波信號被液面反射后，被同一天線接收，再基于快速傅里葉（FFT）變換的技術(shù)原理，將時域中不同頻率的信號轉(zhuǎn)變成頻域中的頻譜，根據(jù)發(fā)射信號和回波信號之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成正比，來計算出天線到物料表面的距離。
超聲波物位計
與脈沖式雷達(dá)物位計類似，超聲波物位計也是利用回波的反射原理，來測量物位的高度，兩者之間的唯一差別為雷達(dá)采用的是電磁波，且無需傳播介質(zhì)，但是超聲波物位計采用機(jī)械波，其傳播必須借助一定介質(zhì)，所以當(dāng)介質(zhì)的壓力、溫度、密度、濕度等條件恒定時，超聲波在該介質(zhì)中的傳播速度是一個常數(shù)。
二、產(chǎn)品選型對比
雷達(dá)物位計選型要綜合考慮介質(zhì)的介電常數(shù)、料倉高度、物料形態(tài)及穩(wěn)定性等因素，從而確定其微波頻率、波束角以及天線型式；而超聲波物位計因其聲波的傳播速度與傳播介質(zhì)的溫度、壓力以及被測介質(zhì)的特性等均有關(guān)系，一般用于較為穩(wěn)定的物位工況測量。
（1）介電常數(shù)
由于電磁波的衰減系數(shù)與介質(zhì)的介電常數(shù)的平方根成反比，因此，被測介質(zhì)的介電常數(shù)越大，電磁波的衰減越少，物位計接收到的反射信號也就越強(qiáng)，即該情況下選用雷達(dá)物位計來測量物位更為合適。
（2）物料形態(tài)及穩(wěn)定性
當(dāng)物料為固體或粉末狀態(tài)時，由于折射、漫散射等影響，使有效的回波減少，雜波干擾增加，不建議選用超聲波物位計。但當(dāng)測量表面會發(fā)生波動時，選用雷達(dá)物位計也存在有效回波檢測困難的情況。
（3）測量范圍
超聲波物位計比雷達(dá)物位計的測量量程要短，一般不超15m。因此雷達(dá)物位計更適合用于大型或超大型的儲罐、塔槽、鍋爐等設(shè)備。
（4）特性比較
超聲波物位計的測量受溫度和壓力的影響較大，且不可用于壓力較高或負(fù)壓的場合，通常只適用于常壓容器。而雷達(dá)物位計受溫度和壓力的影響較小，可以用在高溫、高壓工況下。原因是機(jī)械波易受傳播介質(zhì)的影響，能量衰減也相對較大，在氣態(tài)或者不均勻介質(zhì)中表現(xiàn)更明顯。但是，電磁波的傳播性比超聲波要強(qiáng)，因此雷達(dá)物位計的可使用量程范圍也比超聲波要大，持別現(xiàn)在采用高頻和連續(xù)調(diào)頻技術(shù)，使得其量程范圍進(jìn)一步增大。此外，雷達(dá)物位計對環(huán)境和介質(zhì)本身產(chǎn)生的擾動分辨能力更強(qiáng)，也就可以更好地消除干擾，使得其能更好地保證測量精度。也正是因?yàn)槔走_(dá)物位計的測量范圍更寬廣，且精度高，采用的測量技術(shù)與儀表構(gòu)造更為高端、復(fù)雜，因此在價格上雷達(dá)物位計比超聲波物位計貴出許多，出于成本考慮，不少用戶選用超聲波物位計進(jìn)行替代。
TAGS : 超聲波物位計
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