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雷達物位計和超聲波物位計的工作原理與選型對比

2019-09-23

　　【計為儀表耐用可靠】物位是工業過程監控的重要參考指標，在化工廠、食品加工廠、建材廠、原料廠等工廠內各種罐體、料倉、水池的連續物位測量中，雷達物位計和超聲波物位計均應用廣泛。由于兩者有較多的相似之處，因此常被用戶拿來比較與替換。在應用場合，雷達物位計和超聲波物位計也沒有特別明確的界限劃分，為能更好地區分這兩種物位計，本文針對這兩種物位計的工作原理和選型對比如下。
　　一、工作原理簡述
　　雷達物位計
　　按雷達物位計工作方式，主要分為脈沖式和連續調頻式。脈沖式雷達物位計采用微波的原理（發射→反射→接收），由天線發射出的電磁波信號，并在被測物料表面產生反射，反射的回波信號被雷達物位計接收，再計算出發射至接收的行程時間。連續調頻式雷達物位計的工作原理與脈沖式不同，電磁波信號被液面反射后，被同一天線接收，再基于快速傅里葉（FFT）變換的技術原理，將時域中不同頻率的信號轉變成頻域中的頻譜，根據發射信號和回波信號之間的頻率差與到介質表面的距離成正比，來計算出天線到物料表面的距離。
　　超聲波物位計
　　與脈沖式雷達物位計類似，超聲波物位計也是利用回波的反射原理，來測量物位的高度，兩者之間的唯一差別為雷達采用的是電磁波，且無需傳播介質，但是超聲波物位計采用機械波，其傳播必須借助一定介質，所以當介質的壓力、溫度、密度、濕度等條件恒定時，超聲波在該介質中的傳播速度是一個常數。
　　二、產品選型對比
　　雷達物位計選型要綜合考慮介質的介電常數、料倉高度、物料形態及穩定性等因素，從而確定其微波頻率、波束角以及天線型式；而超聲波物位計因其聲波的傳播速度與傳播介質的溫度、壓力以及被測介質的特性等均有關系，一般用于較為穩定的物位工況測量。
　　（1）介電常數
　　由于電磁波的衰減系數與介質的介電常數的平方根成反比，因此，被測介質的介電常數越大，電磁波的衰減越少，物位計接收到的反射信號也就越強，即該情況下選用雷達物位計來測量物位更為合適。
　　（2）物料形態及穩定性
　　當物料為固體或粉末狀態時，由于折射、漫散射等影響，使有效的回波減少，雜波干擾增加，不建議選用超聲波物位計。但當測量表面會發生波動時，選用雷達物位計也存在有效回波檢測困難的情況。
　　（3）測量范圍
　　超聲波物位計比雷達物位計的測量量程要短，一般不超15m。因此雷達物位計更適合用于大型或超大型的儲罐、塔槽、鍋爐等設備。
　　（4）特性比較
　　超聲波物位計的測量受溫度和壓力的影響較大，且不可用于壓力較高或負壓的場合，通常只適用于常壓容器。而雷達物位計受溫度和壓力的影響較小，可以用在高溫、高壓工況下。原因是機械波易受傳播介質的影響，能量衰減也相對較大，在氣態或者不均勻介質中表現更明顯。但是，電磁波的傳播性比超聲波要強，因此雷達物位計的可使用量程范圍也比超聲波要大，持別現在采用高頻和連續調頻技術，使得其量程范圍進一步增大。此外，雷達物位計對環境和介質本身產生的擾動分辨能力更強，也就可以更好地消除干擾，使得其能更好地保證測量精度。也正是因為雷達物位計的測量范圍更寬廣，且精度高，采用的測量技術與儀表構造更為高端、復雜，因此在價格上雷達物位計比超聲波物位計貴出許多，出于成本考慮，不少用戶選用超聲波物位計進行替代。

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