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雷達液位計和超聲波液位計的區別有哪些
液位是工業(yè)過(guò)程監控的重要目標參數之一,各種罐體、料倉、水池等的連續液位測量中,由于現場(chǎng)工況千差萬(wàn)別,很難有能滿(mǎn)足所有工況應用的液位儀表。
其中,在非接觸測量?jì)x表中,雷達和超聲波兩種原理液位計應用非常廣泛。那么,雷達液位計和超聲波液位計區別在哪里?這兩種的測量原理究竟是什么?雷達液位計和超聲波液位計相比各自的優(yōu)勢是什么呢?
**,就這些問(wèn)題和大家講解一下這兩種液位計。
我們一般把聲波頻率超過(guò)20kHz的聲波稱(chēng)為超聲波,超聲波是機械波的一種,即是機械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的一種傳播過(guò)程,它的特征是頻率高、波長(cháng)短、繞射現象小,另外方向性好,能夠成為射線(xiàn)而定向傳播。
超聲波在液體、固體中衰減很小,因而穿透能力強,尤其是在對光不透明的固體中,超聲波可穿透幾十米的長(cháng)度,碰到雜質(zhì)或界面就會(huì )有顯著(zhù)的反射,超聲波測量液位就是利用了它的這一特征。
在超聲波檢測技術(shù)中,不管哪種超聲波儀器,都必須把電能轉換超聲波發(fā)射出去,再接收回來(lái)變換成電信號,完成這項功能的裝置被稱(chēng)為超聲波換能器,也稱(chēng)探頭。
工作時(shí),超聲波換能器置于被測物上方,向下發(fā)射超聲波,超聲波穿過(guò)空氣介質(zhì),在遇到被測物表面時(shí)被反射回來(lái),又被換能器所接收并轉換為電信號,電子檢測部分檢測到這一信號后將其變成液位信號進(jìn)行顯示并輸出。
雷達液位計
與超聲波液位計工作模式相同,雷達液位計同樣采用發(fā)射-反射-接收的工作模式,不同是雷達超聲波液位計的測量主要依賴(lài)超聲波換能器,而雷達液位計則依靠高頻頭和天線(xiàn)。
超聲波液位計使用機械波,而雷達液位計使用的是超高頻率(幾G到幾十G赫茲)電磁波。電磁波以光速運行,運行時(shí)間可以通過(guò)電子部件被轉換成液位信號。
另一種常見(jiàn)的雷達液位計是導波雷達液位計。
導波雷達液位計是依據時(shí)域反射原理(TDR)為基礎的雷達料位計,雷達料位計的電磁脈沖以光速沿鋼纜或探棒傳播,當遇到被測介質(zhì)表面時(shí),雷達料位計的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路經(jīng)返回到脈沖發(fā)射裝置,發(fā)射裝置與被測介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時(shí)間成正比,經(jīng)計算得出液位高度。
影響超聲波液位效果因素
傳感器發(fā)出的超聲波碰到被測介質(zhì)被反射,反射回波的質(zhì)量反映了液位計應用效果。
回波質(zhì)量定義為*小回波幅度(在*惡劣條件下回波幅度)比*大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射回波等的幅度)?;夭ㄙ|(zhì)量數值越大,液位計應用效果越好。
1.傳播介質(zhì)越穩定越有利于傳播
超聲波是機械波。機械波在傳播過(guò)程中會(huì )受到傳播介質(zhì)穩定程度的影響。例如:有一池塘水,當風(fēng)平浪靜時(shí),往池塘中扔石子就可看到水波紋,當大風(fēng)使池塘水起波浪時(shí),往池塘中扔很大的石頭都難看到水波紋。
引起空氣波動(dòng)因素很多,如:粉塵,氣浪,蒸汽,料流等都會(huì )引起空氣波動(dòng),降低回波質(zhì)量,影響測量效果。
2.被測介質(zhì)表面越平整 ,聲阻抗越大越有利于反射回波
測量固體時(shí),被測表面都是不平的,有一定的安息角。在這種條件下的反射波是漫反射波。由于反射與波長(cháng)有關(guān),當反射面的線(xiàn)度可與波長(cháng)相比時(shí)或更大時(shí),才能發(fā)生反射。
顯然,工作頻率越高,其波長(cháng)越小,對于較小的物料,更易于發(fā)生漫反射。例如,頻率為10kHz的機械波在空氣中的波長(cháng)是34mm,大多數情況下,物料的線(xiàn)度都不會(huì )有這么大。
此外,低頻工作時(shí),發(fā)射波的開(kāi)角大,回波會(huì )很寬。這時(shí)測得的數據不準,有時(shí)會(huì )差幾百毫米甚至lm。
影響雷達液位效果因素
1.傳播介質(zhì)介電常數越穩定越有利于傳播。
雷達波是電磁波,電磁波在傳播過(guò)程中不受傳播介質(zhì)穩定程度的影響,只與其介電常數有關(guān)。這是雷達技術(shù)與超聲波技術(shù)的重大區別。
2.被測介質(zhì)表面越平整,其介電常數越大越有利于回波反射。
所以考慮現場(chǎng)工況時(shí),應特別注意:天線(xiàn)到被測介質(zhì)問(wèn)空氣介電常數的分布;被測介質(zhì)的表面狀態(tài)及其介電常數。
雷達與超聲波液位計對比
說(shuō)了這么多,兩種液位計對比,各有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢?
1. 超聲波精度不如雷達;
2. 由于頻率和天線(xiàn)尺寸的關(guān)系,采用更高頻率的雷達液位計天線(xiàn)尺寸小,更便于安裝;
3. 由于雷達頻率更高,因此波長(cháng)更短,對傾斜的固體表面有更好的反射;
4. 雷達測量盲區相對超聲波更??;
5. 由于雷達頻率更高,因此雷達波束角小,能量集中,增強回波能力同時(shí)又有利于避開(kāi)干擾物;
6. 相比采用機械波的超聲波液位計,雷達基本不受真空、空氣中的水蒸氣、粉塵(石墨、鐵合金等高介電性的粉塵除外)、溫度壓力變化影響;
這樣看起來(lái)雷達似乎非常完美。那么,是否雷達液位計可以完全代替超聲波液位計呢?
當然不是。超聲波液位計也有自身的優(yōu)點(diǎn),其中*主要的優(yōu)點(diǎn)是超聲液位計的成本遠低于雷達液位計。
因此在對性能干擾不大(如一些液位測量)的工況,且對精度要求不高的情況下,超聲波液位計是性?xún)r(jià)比更高的液位測量?jì)x器。
雷達和超聲波兩類(lèi)型液位計均是工業(yè)液位測量的良好解決方案,其選型應用需根據過(guò)程工況、介質(zhì)特性決定,并結合安裝條件、使用環(huán)境等外界因素。
經(jīng)濟適用,更好的性?xún)r(jià)比是設計人員選型的重要依據,也是現代工廠(chǎng)精細化管理追求良好效益的基礎條件。
儀器儀表不像其他產(chǎn)品一樣可以簡(jiǎn)單的看上就能買(mǎi),需要嚴格根據工況條件、成本預算、功能效益等要求仔細選型。