雷達物位計vs超聲波物位計 二者有哪些區別

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       物位是工業過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，由于現場工況千差萬別，很難有能滿足所有工況應用的物位儀表。

       其中，在非接觸測量儀表中，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勢是什么呢?

       今天，儀控君就這些問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20kHz的聲波稱為超聲波，超聲波是機械波的一種，即是機械振動在彈性介質中的一種傳播過程，它的特征是頻率高、波長短、繞射現象小，另外方向性好，能夠成為射線而定向傳播。

▲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度，碰到雜質或界面就會有顯著的反射，超聲波測量物位就是利用了它的這一特征。

       在超聲波檢測技術中，不管哪種超聲波儀器，都必須把電能轉換超聲波發射出去，再接收回來變換成電信號，完成這項功能的裝置被稱為超聲波換能器，也稱探頭。

       工作時，超聲波換能器置于被測物上方，向下發射超聲波，超聲波穿過空氣介質，在遇到被測物表面時被反射回來，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超聲波換能器，而雷達物位計則依靠高頻頭和天線。

       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，運行時間可以通過電子部件被轉換成物位信號。

       另一種常見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，當遇到被測介質表面時，雷達料位計的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路經返回到脈沖發射裝置，發射裝置與被測介質表面的距離同脈沖在其間的傳播時間成正比，經計算得出液位高度。

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       傳感器發出的超聲波碰到被測介質被反射，反射回波的質量反映了物位計應用效果。

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

1.傳播介質越穩定越有利于傳播

       超聲波是機械波。機械波在傳播過程中會受到傳播介質穩定程度的影響。例如：有一池塘水，當風平浪靜時，往池塘中扔石子就可看到水波紋，當大風使池塘水起波浪時，往池塘中扔很大的石頭都難看到水波紋。

       引起空氣波動因素很多，如：粉塵，氣浪，蒸汽，料流等都會引起空氣波動，降低回波質量，影響測量效果。

▲AD3800超聲波液位計應用現場

2.被測介質表面越平整 ，聲阻抗越大越有利于反射回波

       測量固體時，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。由于反射與波長有關，當反射面的線度可與波長相比時或更大時，才能發生反射。

       顯然，工作頻率越高，其波長越小，對于較小的物料，更易于發生漫反射。例如，頻率為10kHz的機械波在空氣中的波長是34mm，大多數情況下，物料的線度都不會有這么大。

       此外，低頻工作時，發射波的開角大，回波會很寬。這時測得的數據不準，有時會差幾百毫米甚至lm。

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1.傳播介質介電常數越穩定越有利于傳播。

       雷達波是電磁波，電磁波在傳播過程中不受傳播介質穩定程度的影響，只與其介電常數有關。這是雷達技術與超聲波技術的重大區別。

2.被測介質表面越平整，其介電常數越大越有利于回波反射。

       所以考慮現場工況時，應特別注意：天線到被測介質問空氣介電常數的分布；被測介質的表面狀態及其介電常數。

▲AD110系列高頻雷達物位計應用現場

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雷達與超聲波物位計對比

       說了這么多，兩種物位計對比，各有什么優缺點呢？

       1. 超聲波精度不如雷達；

       2. 由于頻率和天線尺寸的關系，采用更高頻率的雷達物位計天線尺寸小，更便于安裝；

       3. 由于雷達頻率更高，因此波長更短，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，增強回波能力同時又有利于避開干擾物；

       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

       這樣看起來雷達似乎非常完美。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點，其中最主要的優點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，超聲波液位計是性價比更高的物位測量儀器。

       雷達和超聲波兩類型物位計均是工業物位測量的良好解決方案，其選型應用需根據過程工況、介質特性決定，并結合安裝條件、使用環境等外界因素。

       經濟適用，更好的性價比是設計人員選型的重要依據，也是現代工廠精細化管理追求良好效益的基礎條件。