脈沖導(dǎo)波雷達(dá)物位-雷達(dá)物位計(jì)原理      概述

脈沖導(dǎo)波雷達(dá)物位-雷達(dá)物位計(jì)原理因其特殊的非接觸式測(cè)量特性，可對(duì)有污染性和腐蝕性的介質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量,其穩(wěn)定和準(zhǔn)確的表現(xiàn)也同樣體現(xiàn)在復(fù)雜的測(cè)量環(huán)境下。輸出的4~20mA信號(hào)可以提供遠(yuǎn)端控制,采用了*的微波技術(shù)和Echo-tech回波處理技術(shù)以適應(yīng)各種工況。脈沖的工作方式可測(cè)小介電常數(shù)介質(zhì)，并安全適用于各種金屬，非金屬容器內(nèi),對(duì)人體及環(huán)境無(wú)傷害。

脈沖導(dǎo)波雷達(dá)物位-雷達(dá)物位計(jì)原理應(yīng) 用 可測(cè)固體和液體介質(zhì)。適用于各種復(fù)雜測(cè)量，如小介電常數(shù)介質(zhì)，腐蝕性工況，粉煤灰等顆粒狀介質(zhì)，以及揮發(fā)腐蝕性液體介質(zhì)測(cè)量范圍 0~35米過(guò)程連接 法蘭(DN50,DN80,DN100,DN150) 螺紋(G 11/2 , 11/2NPT) 過(guò)程溫度 -40~250℃ 過(guò)程壓力 -1.0~40bar 精 度 < 0.1% 滯 后 0.2秒采 樣 回波采樣 55次/秒分 辨 率 1 mm 頻率范圍 6.8GHz 專(zhuān)業(yè)等級(jí) EXiaIICT6 防護(hù)等級(jí) IP68 信號(hào)輸出 4…20mA/Hart 兩線(xiàn)天線(xiàn)材質(zhì) 316不銹鋼 PP/PPFE 外殼材質(zhì) 鋁/ABS+PC 電 源 電源：24VDC（±10%）；波紋電壓：1Vpp; 耗電量：zui大22.5mA 環(huán)境溫度 -40~80℃ 環(huán)境壓力 -1~40bar 外殼防護(hù) IP68 雷達(dá)料位計(jì)是利用回波測(cè)距原理。發(fā)射天線(xiàn)向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射微波，被測(cè)目標(biāo)的微波被接收天線(xiàn)接收，信號(hào)處理器將發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)比較，計(jì)算出被測(cè)距離，并可算出相應(yīng)的物位值?！　∥⒉}沖來(lái)回傳播時(shí)間t由下式?jīng)Q定：　　t= (1) 　　式中a—天線(xiàn)到被測(cè)目標(biāo)的距離　　c—微波傳播的速度（光速）　　由于微波在傳播途徑上有衰減和干擾反射，故測(cè)量的關(guān)鍵是要能接收到反射回波，并識(shí)別出有效回波。接收的回波能量Pk可用簡(jiǎn)化的雷達(dá)方程表示如下：　　Pk=Pτx C x GiGtGr/r4 (2) 　　式中： Pτ—天線(xiàn)輻射功率　　C --- 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)決定　　Gi--- 由目標(biāo)表面介電特性及面積決定的反射增益　　Gt，Gr—天線(xiàn)發(fā)射和接收效率　　r—天線(xiàn)與目標(biāo)間的距離　　從式（2）知：接收的回波能量大小與天線(xiàn)的發(fā)射和接收效率以及天線(xiàn)輻射功率有關(guān)，故雷達(dá)料位計(jì)的天線(xiàn)設(shè)計(jì)和形狀很關(guān)鍵關(guān)鍵，現(xiàn)有的天線(xiàn)除號(hào)角天線(xiàn)（喇叭口）和棒狀天線(xiàn)外，還有平面天線(xiàn)和拋物面天線(xiàn)，為用于介電常數(shù)較小的物料，將纜繩作為天線(xiàn)或安裝導(dǎo)波管，纜繩和導(dǎo)波管一直延伸到庫(kù)或倉(cāng)底，由此來(lái)傳遞發(fā)送和接收的電磁波，增強(qiáng)了回波的信號(hào)。　　從式（2）還知：接收的回波能量大小與物料表面的介電特性有關(guān)，介電常數(shù)ε高，反射率高，得到的回波強(qiáng)度也高；介電常數(shù)ε低，物料會(huì)吸收部分微波的能量，回波強(qiáng)度也較低。通常要求被測(cè)物料的介電常數(shù)ε：液體為ε>1.8固體ε>2.5， 水泥廠(chǎng)固體ε>2.5，水泥的介電常數(shù)ε為3?！　≡谒喙S(chǎng)，各種固體物料儲(chǔ)存在庫(kù)或倉(cāng)里，都存在物料的安息角，回波反射也會(huì)象超聲波一樣存在漫反射，產(chǎn)生干擾回波和假回波，通過(guò)軟件可排除干擾回波和假回波，但有效回波強(qiáng)度會(huì)減少很多，故設(shè)計(jì)選型時(shí)，要考慮衰減，選量程要留有一定的余量。　　三 雷達(dá)料位計(jì)的選型　　1．脈沖型和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)　　用于測(cè)物位的雷達(dá)料位計(jì)通常分為兩類(lèi)：脈沖型雷達(dá)(Pulse)和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)（FMCW）。在過(guò)程監(jiān)測(cè)場(chǎng)合主要選用脈沖型雷達(dá)，由于其頻率較低（6.3GHz），并且在天線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了冷凝、積料等影響，還能利用超聲波料位計(jì)中的回波信號(hào)處理，在有攪拌器等復(fù)雜工況中也能識(shí)別有效回波，價(jià)格相對(duì)也較便宜，故在水泥行業(yè)中主要采用了以VEGA公司為代表的VEGAPULS型脈沖型雷達(dá)和E+H的Micropilot M FMR型，調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)由于發(fā)射功率大，量程大，價(jià)格也有較大下降，而且可靠性高，故zui近在水泥行業(yè)已較多采用了以SIEMENS公司為代表的LR型調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)?！　?．顆粒狀物料的選型　　在水泥廠(chǎng)原料大多是顆粒狀物料，少數(shù)是塊料，如石灰石、原煤、頁(yè)巖等，其半成品熟料也是顆粒狀物料，儲(chǔ)存在庫(kù)或倉(cāng)里，都存在物料的安息角，但也有反射介面。根據(jù)入料和卸料所形成的物料安息角和表面情況，在確定有效量程后，建議采用非接觸型的雷達(dá)料位計(jì)，即帶有棒形或號(hào)角形天線(xiàn)的料位計(jì)。如用接觸型的雷達(dá)料位計(jì)，會(huì)產(chǎn)生對(duì)纜繩較大的下拉力，造成事故。根據(jù)水泥廠(chǎng)信息反饋，號(hào)角形天線(xiàn)的料位計(jì)回波更強(qiáng)，精確度更高（±0.2~±1% F.S）,常用型號(hào)為PULS54或SITRANS LR400。 　　3．粉狀物料的選型　　在水泥廠(chǎng)和粉磨站水泥庫(kù)一般有4~8個(gè)，在水泥廠(chǎng)還有生料均化庫(kù)和粉煤灰?guī)?，這些物料全是粉料，非常難測(cè)其料位。在庫(kù)里的粉料表面非常疏松，微波反射相當(dāng)困難，為此建議采用接觸型雷達(dá)料位計(jì),也可選用大的法蘭的帶有號(hào)角天線(xiàn)的非接觸型雷達(dá)料位計(jì)，較典型的產(chǎn)品有VEGA-FLEX52K和E+H的FMP40纜式雷達(dá)料位計(jì)，它實(shí)際上是把纜繩既當(dāng)天線(xiàn)又作導(dǎo)波管，合二為一，微波脈沖從探頭發(fā)出后沿纜繩傳播，當(dāng)脈沖遇到物料表面時(shí)會(huì)被反射回來(lái)，其量程可達(dá)35m，被測(cè)物料的介電常數(shù)εzui低為1.6,另外纜繩的耐磨和忍受的zui大下拉力，能滿(mǎn)足水泥廠(chǎng)各類(lèi)粉料庫(kù)的檢測(cè)要求。目前已有許多水泥廠(chǎng)用纜式雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量水泥庫(kù)和粉煤灰?guī)斓牧衔?，取得較好的效果，如海螺荻港、浙江三獅、陜西耀縣、甘肅祁連山等水泥廠(chǎng)。由于均化庫(kù)的工況復(fù)雜，建議采用VEGA-PULS68或西門(mén)子的產(chǎn)品，型號(hào)為SITRANS LR400，24GHz，量程zui大為45m，四線(xiàn)制?！　?．二線(xiàn)制　　目前使用的雷達(dá)料位計(jì)大多是一體化的產(chǎn)品，由二線(xiàn)制供電，可直接接控制系統(tǒng)的模塊，輸出4~20mA的模擬信號(hào)，可節(jié)省大量電纜；同時(shí)還提供HART數(shù)字信號(hào)和各種協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)字通信功能，和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接非常方便，既可在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；也可用PC 機(jī)在控制室調(diào)試，如組成FCS系統(tǒng)還可在操作員站調(diào)試?！　∷模?結(jié)論　　水泥廠(chǎng)的物位測(cè)量是水泥生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)一個(gè)重要組成部分，雷達(dá)料位計(jì)的應(yīng)用解除了人們對(duì)水泥廠(chǎng)的物位測(cè)量的疑慮，現(xiàn)有雷達(dá)料位計(jì)在品種、精確度、標(biāo)準(zhǔn)材料、耐壓、耐高溫、專(zhuān)業(yè)等方面都能滿(mǎn)足水泥廠(chǎng)檢測(cè)和控制的要求。