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       物位是工業(yè)過(guò)程監控的重要目標參數之一，各種罐體、料倉、水池等的連續物位測量中，由于現場(chǎng)工況千差萬(wàn)別，很難有能滿(mǎn)足所有工況應用的物位儀表。

       其中，在非接觸測量?jì)x表中，雷達和超聲波兩種原理物位計應用非常廣泛。那么，雷達物位計和超聲波物位計區別在哪里？這兩種的測量原理究竟是什么？雷達物位計和超聲波物位計相比各自的優(yōu)勢是什么呢?

       今天，儀控君就這些問(wèn)題和大家講解一下這兩種物位計。

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超聲波物位計

       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。

▲西森AD3800系列超聲波液位計

       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，超聲波測量物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物位信號進(jìn)行顯示并輸出。

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雷達物位計

       與超聲波物位計工作模式相同，雷達物位計同樣采用發(fā)射-反射-接收的工作模式，不同是雷達超聲波物位計的測量主要依賴(lài)超聲波換能器，而雷達物位計則依靠高頻頭和天線(xiàn)。

       超聲波物位計使用機械波，而雷達物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)電子部件被轉換成物位信號。

       另一種常見(jiàn)的雷達物位計是導波雷達物位計。

       導波雷達物位計是依據時(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。

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       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)量反映了物位計應用效果。

       回波質(zhì)量定義為最小回波幅度（在最?lèi)毫訔l件下回波幅度）比最大噪聲幅度（虛假回波、多徑反射回波等的幅度）?；夭ㄙ|(zhì)量數值越大，物位計應用效果越好。

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。

▲AD3800超聲波液位計應用現場(chǎng)

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。

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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。

▲AD110系列高頻雷達物位計應用現場(chǎng)

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雷達與超聲波物位計對比

       說(shuō)了這么多，兩種物位計對比，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物位計天線(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物位計，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；

▲物位儀表應用現場(chǎng)

       這樣看起來(lái)雷達似乎非常完美。那么，是否雷達物位計可以完全代替超聲波物位計呢？

       當然不是。超聲波物位計也有自身的優(yōu)點(diǎn)，其中最主要的優(yōu)點(diǎn)是超聲物位計的成本遠低于雷達物位計。

       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)比更高的物位測量?jì)x器。

       雷達和超聲波兩類(lèi)型物位計均是工業(yè)物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。