一.概述: 物位測量的儀表在選型時(shí),與壓力或流量測量等儀表有很大不同。這是因?yàn)槲镂粶y量的現(xiàn)場情況千差萬別,而生產(chǎn)商又很難設(shè)計(jì)出能滿足所有工況應(yīng)用的物位儀表。只有充分了解儀表特點(diǎn)及現(xiàn)場應(yīng)用條件,才能正確選擇所需要的產(chǎn)品,同時(shí)充分發(fā)揮儀表的測量性能。
在非接觸式物位測量儀表中,一般有超聲波物位計(jì)和雷達(dá)物位計(jì)兩種,而后者占有主要的地位.這是因?yàn)槔走_(dá)技術(shù)的應(yīng)用近年來獲得了快速發(fā)展.雷達(dá)物位計(jì)中高頻頭和天線是眼睛,回波處理是物位計(jì)的大腦。雷達(dá)物位計(jì)發(fā)出的電磁波遇到被測介質(zhì)被反射,反射回波的質(zhì)量反映了物位計(jì)應(yīng)用效果?;夭ㄙ|(zhì)量定義為*小回波幅度(在*惡劣條件下回波幅度)與*大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射波等的幅度)之比?;夭ㄙ|(zhì)量數(shù)值越大,物位計(jì)測量效果越好。
雷達(dá)物位計(jì)的回波質(zhì)量主要受以下因素影響:
1.傳播介質(zhì)的介電常數(shù),該常數(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。
2.被測介質(zhì)表面狀況,表面越平整,其介電常數(shù)越大,則越有利于回波反射。
所以考慮現(xiàn)場情況時(shí),應(yīng)特別注意這兩個(gè)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)是:不受空氣波動(dòng)影響,隨距離衰減小,穿透力強(qiáng)。
同時(shí)雷達(dá)物位計(jì)也存在一定的局限性;其一,影響雷達(dá)物位計(jì)的性能是介電常數(shù),在真空中雷達(dá)衰減極小,當(dāng)空氣中存在影響雷達(dá)衰減的物質(zhì)時(shí),例如:含高介電性的粉塵粉末(石墨,鐵合金等),水蒸氣等,其測量距離和效果都會(huì)受到影響。其二,如果被測介質(zhì)的揮發(fā)氣體在天線上聚集,或水蒸汽在天線上聚結(jié),此時(shí),就會(huì)影響雷達(dá)波發(fā)射,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致雷達(dá)波不能發(fā)出。其三,被測介質(zhì)的介電常數(shù)不能太小。其四,盡管溫度和壓力對(duì)雷達(dá)影響極小,但由于雷達(dá)天線是由不同材料做成,雷達(dá)物位計(jì)可適應(yīng)溫度和壓力的范圍取決于其天線所使用的材料,以及物位計(jì)本身的密封結(jié)構(gòu)。
在超聲波物位計(jì)的應(yīng)用中,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(shí)發(fā)射波的開角為7°-8°。工作頻率越高,其開角越小,量程相對(duì)也較小。與超聲波物位計(jì)相比,雷達(dá)物位計(jì)要獲得上述效果的回波,其工作頻率應(yīng)為26GHz,此時(shí),其波長為11mm。當(dāng)用口徑為100mm的喇叭時(shí),可獲得7°-8°開角的發(fā)射波。如果雷達(dá)物位計(jì)的工作頻率為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(jì)在物位測量中各項(xiàng)指標(biāo)都很不理想,不適于固體料位的測量。
二,雷達(dá)物位計(jì)的種類及應(yīng)用:
雷達(dá)物位計(jì)目前已成為市場上的主流產(chǎn)品,主要分為脈沖雷達(dá)物位計(jì)和導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)。低頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)盡管具有價(jià)格相對(duì)低廉的優(yōu)點(diǎn),但在主要應(yīng)用領(lǐng)域中,屬于逐漸被淘汰的產(chǎn)品。
與低頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)相比,高頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)在應(yīng)用過程中有以下優(yōu)點(diǎn):
1.高頻雷達(dá)物位計(jì)(主要指26GHz和24GHz)具有能量高,波束角小,天線尺寸小,精度高等優(yōu)點(diǎn)。
2.26GHz雷達(dá)波長11mm,6GHz雷達(dá)波長50mm,雷達(dá)物位計(jì)在測量散裝料位時(shí),雷達(dá)波反射主要來自料面的漫反射,漫反射的強(qiáng)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,這就是目前26GHz雷達(dá)是測量散裝料物位*佳選擇的原因。
3.在一些直徑小而高度并不是很高的小型罐的應(yīng)用中,6GHz雷達(dá)天線長(300-400mm)無形中增大了盲區(qū)(大約600mm),另外由于6GHz雷達(dá)方向性差(開角大)在小罐中會(huì)產(chǎn)生多徑反射;而26GHz雷達(dá)頻率高,天線短,方向性好,克服了6GHz雷達(dá)的缺點(diǎn),適用于小罐測量。
4.由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣,隨著時(shí)間推移,雷達(dá)天線會(huì)堆積污物、水汽等,26GHz雷達(dá)天線小,附加天線罩可大大改善因污物、水汽造成的影響;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)物位計(jì)裝在容器外進(jìn)行測量。
冶金行業(yè)的工況相當(dāng)復(fù)雜,各個(gè)工序的對(duì)于物位測量的要求均不相同:同時(shí)測量介質(zhì)的性質(zhì);測量介質(zhì)的溫度、壓力;防爆、防護(hù)等級(jí);測量環(huán)境有無粉塵、蒸汽和泡沫;容器罐、池、料倉、料庫的幾何尺寸及安裝位置都會(huì)對(duì)所使用的儀表有不同要求。因此,儀表選型前必須對(duì)使用的工況環(huán)境做認(rèn)真、詳細(xì)了解和分析,必要的情況下要到使用現(xiàn)場做實(shí)地勘查,才能保證獲得*佳的使用效果。
在選擇雷達(dá)物位計(jì)時(shí)首先要考慮天線材質(zhì)和頻率的不同。其頻率主要有6GHz和26GHz兩種;但6GHz雷達(dá)物位計(jì)已經(jīng)屬于淘汰產(chǎn)品,應(yīng)用時(shí)盡量選用26GHz高頻雷達(dá)物位計(jì)。