雷達物位計從測量原理角度分為:脈沖型雷達物位計、調(diào)頻連續(xù)波雷達物位計。
1 、脈沖型雷達物位計
雷達物位計天線發(fā)射極窄的微波脈沖(例如: 6G 頻率雷達,即:發(fā)送一個△ t 時間(一般為 1ns )的脈沖,疊加 6GHZ 的正弦波信號),這個脈沖以光速在空間傳播,碰到被測介質(zhì)表面,其部分能量被反射回來,被同一天線接收。發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間間隔與天線到被測介質(zhì)表面的距離成正比。
由于其發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間間隔非常小,一般都采用時間拓展技術,并采用多次測量求平均的方法獲得最終結(jié)果;這種測量技術決定了其精度為 5~10mm 。
脈沖雷達由于采用微波脈沖信號,是間斷性發(fā)射脈沖方式,所以,脈沖雷達可以做到功率比較低,一般為 0.5W 內(nèi)??梢院芊奖愕膶崿F(xiàn)本安設計。在設計中大都采用大電容充電方式,等電容充電到一定容量后,進行一次微波脈沖信號發(fā)射測量。這種設計方式?jīng)Q定了其在料位變化率比較快的情況下,會出現(xiàn)鎖波現(xiàn)象。
1.1 智能雷達
智能雷達屬于脈沖雷達一種,根據(jù)其發(fā)射裝置大體分為如下幾種類型:喇叭口、波導管、四氟棒材。
喇叭口類型,一般用于液體、固體顆粒的測量,其測量距離在 0~30 米內(nèi);罐頂部容許開口比較大的場所。其喇叭口根據(jù)其尺寸大體有如下幾種:Φ 140 、Φ 200 、Φ 240 等。喇叭口的大小對應其測量的距離:Φ 140 為 15m 內(nèi),Φ 200 大體距離 20m ,Φ 240 大體距離 30m 。其具體測量距離與介質(zhì)的介電常數(shù)、現(xiàn)場工況環(huán)境有關系。例如:測量介質(zhì)為金屬礦石等,Φ 200 就可以達到測量距離 30m 。在如下幾種工況:水泥原料倉、糧庫、污水、鐵礦石、鹽堿廠、鋁業(yè)等可以采用喇叭口類型智能雷達。
波導管類型,用于液位的測量,其測量距離小于 6 米。測量距離主要取決于波導管太長不易安裝、托運等。一般要求罐內(nèi)液面無大量泡沫,罐內(nèi)無攪拌(即:液面相對平靜)的工況。
四氟棒材類型,其主要應用于環(huán)保行業(yè)的測量,其測量距離小于 8~10m 。由于其發(fā)射和接收信號全靠四氟棒材,所以,其信號一般很弱,測量距離最好控制在 8m 內(nèi)。其一般應用于:食品行業(yè)等。
綜上所述,對于一般工況:測量精度 5mm 以上;測量液體介質(zhì)無大量泡沫、液面無大波紋;罐內(nèi)無大量水蒸氣;料位變化速率相對較小等工況時,可以選擇價格比較低廉的智能雷達。
1.2 纜式雷達
纜式雷達屬于脈沖雷達一種,其發(fā)射脈沖頻率 200M~1GHZ ,用于固體粉末的測量,其測量距離在 0~35 米。
一般僅僅用特殊工況,如:水泥廠粉料倉等。罐內(nèi)煙霧比較大的場所。其安裝比較復雜,需要將纜的低端固定于罐底部;同時,需要對罐內(nèi)進行清倉處理,影響正常生產(chǎn)。所以,除特殊場所(罐內(nèi)煙霧比較大),不會采用纜式雷達進行物位測量。
由于纜式雷達仍屬于脈沖雷達一種,所以其精度為 5mm 以上。
2 、調(diào)頻連續(xù)波型雷達物位計
相對于脈沖回波時間差方式的測量原理,調(diào)頻連續(xù)波型液位雷達采用 FMCW (頻率調(diào)制連續(xù)波)體制,可以達到計量級的測量精度。
安裝在罐頂液位計通過天線向液面發(fā)射經(jīng)頻率調(diào)制的電磁波信號,被測表面返回的信號被發(fā)射天線接收,并與天線發(fā)射的瞬時頻率信號比較。由于信號的頻率按照一定規(guī)律不斷變化,因此比較信號頻率與天線到液面的直線距離成比例。
綜合測量信號與油罐形狀參數(shù),進行幾何處理,就可以得到精確的液位高度和剩余量信息。
3 、各種工況環(huán)境概述及雷達簡單選型參照
3.1 高溫環(huán)境
( 1 )非常溫,溫度環(huán)境小于 150 ℃
一般化工廠、原料廠等應用。例如,由于原料進行了化學反應使得內(nèi)部
溫度升高??梢赃x用帶有散熱片的雷達。
( 2 )高溫,環(huán)境溫度范圍 150 ℃ ~300 ℃
石油化工重油等環(huán)境,大都溫度在 250 ℃左右。
注:需要提供詳細現(xiàn)場環(huán)境資料,根據(jù)資料進行特殊處理。
( 3 )高溫,環(huán)境溫度范圍 300 ℃ ~450 ℃
特殊化工行業(yè),冶金行業(yè)等。
注:需要提供詳細現(xiàn)場環(huán)境資料,根據(jù)資料進行特殊處理。
( 4 )高溫,環(huán)境溫度范圍 450 ℃以上
特殊行業(yè),如:鋼鐵反應爐、核領域等
注:需要考察現(xiàn)場環(huán)境。
3.2 高壓環(huán)境
( 1 )非常壓,壓強小于 30bar
選用高壓智能雷達、調(diào)頻雷達。
( 2 )高壓,壓強范圍 30bar ~ 120bar
選用高壓智能雷達、調(diào)頻雷達。
( 3 )高壓,壓強范圍 120bar~300bar
注:需要提供詳細現(xiàn)場環(huán)境資料,根據(jù)資料確定是否需要現(xiàn)場考察。
3.3 腐蝕環(huán)境
( 1 )普通腐蝕環(huán)境
選用材質(zhì) 316 、 316L 型智能雷達、調(diào)頻雷達。
例如:弱酸、鹽堿廠等
( 2 )高腐蝕環(huán)境
選用材質(zhì)為鈦的調(diào)頻雷達。一般高腐蝕環(huán)境,量程比較短,需要精度比較高、實時性要求高,故選型上首先考慮調(diào)頻雷達。
例如:濃硫酸、硝酸等環(huán)境。
3.4 其他特殊環(huán)境
( 1 )罐內(nèi)水蒸氣比較大——選用調(diào)頻雷達
( 2 )罐內(nèi)料位變化率比較大,即:要求數(shù)據(jù)輸出實時性強——選用調(diào)頻雷達
( 3 )罐內(nèi)介質(zhì)為液體,含有大量泡沫——選用調(diào)頻雷達
( 4 )罐內(nèi)介質(zhì)為液體,液面波紋比較大(如:伴隨攪拌)——選用調(diào)頻雷達
( 5 )罐內(nèi)介質(zhì)位固體,粉塵比較大,煙多(如:水泥廠等)——選用纜式雷達
( 6 )距離比較大( 30~70m )——選用拋物面天線的智能雷達、調(diào)頻雷達
3.5 普通環(huán)境
( 1 )常溫、常壓
( 2 )罐內(nèi)無特殊環(huán)境(如:罐內(nèi)環(huán)境干凈)
( 3 )料位范圍在 0~30M 內(nèi)
滿足以上三種工況下,在雷達選型上可以考慮價格比較低的智能雷達。
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