雷达物位计vs超声波物位计 二者有哪些区别

西森9年口碑,专业解决10万客户测量方案 | [在线咨询]    2017-07-19 11:32:11
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【文章导读】 物位是工业过程监控重要目标参数之一,由于现场工况千差万别,很难有能满足所有工况应用的物位仪表。在非接触测量仪表中,雷达和超声波两种原理物位计应用广泛。

   物位是工业过程监控的重要目标参数之一,各种罐体、料仓、水池等的连续物位测量中,由于现场工况千差万别,很难有能满足所有工况应用的物位仪表。

 

   其中,在非接触测量仪表中,雷达和超声波两种原理物位计应用非常广泛。那么,雷达物位计和超声波物位计区别在哪里?这两种的测量原理究竟是什么?雷达物位计和超声波物位计相比各自的优势是什么呢?

 

   今天,仪控君就这些问题和大家讲解一下这两种物位计。


超声波物位计


   我们一般把声波频率超过20kHz的声波称为超声波,超声波是机械波的一种,即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程,它的特征是频率高、波长短、绕射现象小,另外方向性好,能够成为射线而定向传播。


西森AD3800系列超声波液位计

西森AD3800系列超声波液位计

 

   超声波在液体、固体中衰减很小,因而穿透能力强,尤其是在对光不透明的固体中,超声波可穿透几十米的长度,碰到杂质或界面就会有显著的反射,超声波测量物位就是利用了它的这一特征。

 

   在超声波检测技术中,不管哪种超声波仪器,都必须把电能转换超声波发射出去,再接收回来变换成电信号,完成这项功能的装置被称为超声波换能器,也称探头。

 

   工作时,超声波换能器置于被测物上方,向下发射超声波,超声波穿过空气介质,在遇到被测物表面时被反射回来,又被换能器所接收并转换为电信号,电子检测部分检测到这一信号后将其变成物位信号进行显示并输出。


雷达物位计

 

   与超声波物位计工作模式相同,雷达物位计同样采用发射-反射-接收的工作模式,不同是雷达超声波物位计的测量主要依赖超声波换能器,而雷达物位计则依靠高频头和天线。

 

   超声波物位计使用机械波,而雷达物位计使用的是超高频率(几G到几十G赫兹)电磁波。电磁波以光速运行,运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。

 

   另一种常见的雷达物位计是导波雷达物位计。

 

   导波雷达物位计是依据时域反射原理(TDR)为基础的雷达料位计,雷达料位计的电磁脉冲以光速沿钢缆或探棒传播,当遇到被测介质表面时,雷达料位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路经返回到脉冲发射装置,发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比,经计算得出液位高度。


影响超声波物位效果因素

 

   传感器发出的超声波碰到被测介质被反射,反射回波的质量反映了物位计应用效果。

 

   回波质量定义为最小回波幅度(在最恶劣条件下回波幅度)比最大噪声幅度(虚假回波、多径反射回波等的幅度)。回波质量数值越大,物位计应用效果越好。

 

1.传播介质越稳定越有利于传播

 

   超声波是机械波。机械波在传播过程中会受到传播介质稳定程度的影响。例如:有一池塘水,当风平浪静时,往池塘中扔石子就可看到水波纹,当大风使池塘水起波浪时,往池塘中扔很大的石头都难看到水波纹。

 

   引起空气波动因素很多,如:粉尘,气浪,蒸汽,料流等都会引起空气波动,降低回波质量,影响测量效果。


AD3800超声波液位计应用现场

AD3800超声波液位计应用现场

 

2.被测介质表面越平整 ,声阻抗越大越有利于反射回波

 

   测量固体时,被测表面都是不平的,有一定的安息角。在这种条件下的反射波是漫反射波。由于反射与波长有关,当反射面的线度可与波长相比时或更大时,才能发生反射。

 

   显然,工作频率越高,其波长越小,对于较小的物料,更易于发生漫反射。例如,频率为10kHz的机械波在空气中的波长是34mm,大多数情况下,物料的线度都不会有这么大。

 

   此外,低频工作时,发射波的开角大,回波会很宽。这时测得的数据不准,有时会差几百毫米甚至lm。


影响雷达物位效果因素

 

1.传播介质介电常数越稳定越有利于传播。

 

   雷达波是电磁波,电磁波在传播过程中不受传播介质稳定程度的影响,只与其介电常数有关。这是雷达技术与超声波技术的重大区别。

 

2.被测介质表面越平整,其介电常数越大越有利于回波反射。

 

   所以考虑现场工况时,应特别注意:天线到被测介质问空气介电常数的分布;被测介质的表面状态及其介电常数。


AD110系列高频雷达物位计应用现场

AD110系列高频雷达物位计应用现场


雷达与超声波物位计对比

 

说了这么多,两种物位计对比,各有什么优缺点呢?

 

   1. 超声波精度不如雷达;

 

   2. 由于频率和天线尺寸的关系,采用更高频率的雷达物位计天线尺寸小,更便于安装;

 

   3. 由于雷达频率更高,因此波长更短,对倾斜的固体表面有更好的反射;

 

   4. 雷达测量盲区相对超声波更小;

 

   5. 由于雷达频率更高,因此雷达波束角小,能量集中,增强回波能力同时又有利于避开干扰物;

 

   6. 相比采用机械波的超声波物位计,雷达基本不受真空、空气中的水蒸气、粉尘(石墨、铁合金等高介电性的粉尘除外)、温度压力变化影响;


物位仪表应用现场

物位仪表应用现场

 

   这样看起来雷达似乎非常完美。那么,是否雷达物位计可以完全代替超声波物位计呢?

 

   当然不是。超声波物位计也有自身的优点,其中最主要的优点是超声物位计的成本远低于雷达物位计。

 

   因此在对性能干扰不大(如一些液位测量)的工况,且对精度要求不高的情况下,超声波液位计是性价比更高的物位测量仪器。

 

   雷达和超声波两类型物位计均是工业物位测量的良好解决方案,其选型应用需根据过程工况、介质特性决定,并结合安装条件、使用环境等外界因素。

 

   经济适用,更好的性价比是设计人员选型的重要依据,也是现代工厂精细化管理追求良好效益的基础条件。

 

 


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