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雷達(dá)波物位計在工業(yè)料位測量中的應(yīng)用


雷達(dá)波物位計在工業(yè)料位測量中的應(yīng)用
雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波,雷達(dá)波物位計利用了電磁波的特殊性能來進(jìn)行料位檢測的。
料位是工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要參數(shù)。料位測量的方法很多。吹氣法、靜壓式、浮球式、重錘式、超聲波等幾種常用的料位測量儀表,都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。雷達(dá)料位計運(yùn)用先進(jìn)的雷達(dá)丈量技術(shù),以其優(yōu)良的性能,尤其是槽罐中有攪拌、溫度高、蒸汽大、介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)疤等惡劣的丈量條件下,顯示出其的性能,工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
雷達(dá)物位計從測量原理角度分為:脈沖型雷達(dá)物位計、調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計。
1、脈沖型雷達(dá)物位計
雷達(dá)物位計天線發(fā)射極窄的微波脈沖(例如:6G頻率雷達(dá),即:發(fā)送一個△t時間(一般為1ns)的脈沖,疊加6GHZ的正弦波信號),這個脈沖以光速在空間傳播,碰到被測介質(zhì)表面,其部分能量被反射回來,被同**線接收。發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間間隔與天線到被測介質(zhì)表面的距離成正比。
由于其發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間間隔非常小,一般都采用時間拓展技術(shù),并采用多次測量求平均的方法獲得**終結(jié)果;這種測量技術(shù)決定了其精度為5~10mm。
脈沖雷達(dá)由于采用微波脈沖信號,是間斷性發(fā)射脈沖方式,所以,脈沖雷達(dá)可以做到功率比較低,一般為0.5W內(nèi)??梢院芊奖愕膶崿F(xiàn)本安設(shè)計。在設(shè)計中大都采用大電容充電方式,等電容充電到一定容量后,進(jìn)行一次微波脈沖信號發(fā)射測量。這種設(shè)計方式?jīng)Q定了其在料位變化率比較快的情況下,會出現(xiàn)鎖波現(xiàn)象。
1.1智能雷達(dá)
智能雷達(dá)屬于脈沖雷達(dá)一種,根據(jù)其發(fā)射裝置大體分為如下幾種類型:喇叭口、波導(dǎo)管、四氟棒材。
喇叭口類型,一般用于液體、固體顆粒的測量,其測量距離在0~30米內(nèi);罐頂部容許開口比較大的場所。其喇叭口根據(jù)其尺寸大體有如下幾種:Φ140、Φ200、Φ240等。喇叭口的大小對應(yīng)其測量的距離:Φ140為15m內(nèi),Φ200大體距離20m,Φ240大體距離30m。其具體測量距離與介質(zhì)的介電常數(shù)、現(xiàn)場工況環(huán)境有關(guān)系。例如:測量介質(zhì)為金屬礦石等,Φ200就可以達(dá)到測量距離30m。在如下幾種工況:水泥原料倉、糧庫、污水、鐵礦石、鹽堿廠、鋁業(yè)等可以采用喇叭口類型智能雷達(dá)。
波導(dǎo)管類型,用于液位的測量,其測量距離小于6米。測量距離主要取決于波導(dǎo)管太長不易安裝、托運(yùn)等。一般要求罐內(nèi)液面無大量泡沫,罐內(nèi)無攪拌(即:液面相對平靜)的工況。
四氟棒材類型,其主要應(yīng)用于環(huán)保行業(yè)的測量,其測量距離小于8~10m。由于其發(fā)射和接收信號全靠四氟棒材,所以,其信號一般很弱,測量距離**好控制在8m內(nèi)。其一般應(yīng)用于:食品行業(yè)等。
綜上所述,對于一般工況:測量精度5mm以上;測量液體介質(zhì)無大量泡沫、液面無**紋;罐內(nèi)無大量水蒸氣;料位變化速率相對較小等工況時,可以選擇價格比較低廉的智能雷達(dá)。
1.2纜式雷達(dá)
纜式雷達(dá)屬于脈沖雷達(dá)一種,其發(fā)射脈沖頻率200M~1GHZ,用于固體粉末的測量,其測量距離在0~35米。
一般僅僅用特殊工況,如:水泥廠粉料倉等。罐內(nèi)煙霧比較大的場所。其安裝比較復(fù)雜,需要將纜的低端固定于罐底部;同時,需要對罐內(nèi)進(jìn)行清倉處理,影響正常生產(chǎn)。所以,除特殊場所(罐內(nèi)煙霧比較大),不會采用纜式雷達(dá)進(jìn)行物位測量。
由于纜式雷達(dá)仍屬于脈沖雷達(dá)一種,所以其精度為5mm以上。
2、調(diào)頻連續(xù)波型雷達(dá)物位計
相對于脈沖回波時間差方式的測量原理,調(diào)頻連續(xù)波型液位雷達(dá)采用FMCW(頻率調(diào)制連續(xù)波)體制,可以達(dá)到計量級的測量精度。
安裝在罐頂液位計通過天線向液面發(fā)射經(jīng)頻率調(diào)制的電磁波信號,被測表面返回的信號被發(fā)射天線接收,并與天線發(fā)射的瞬時頻率信號比較。由于信號的頻率按照一定規(guī)律不斷變化,因此比較信號頻率與天線到液面的直線距離成比例。
綜合測量信號與油罐形狀參數(shù),進(jìn)行幾何處理,就可以得到準(zhǔn)確的液位高度和剩余量信息。

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