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科普知識
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雷達物位計

雷達物位計在冶金行業的應用

發布日期:2022-10-03 點擊率:137

 一、概述:
 物位測量的儀表在選型時,與壓力或流量測量等儀表有很大不同。這是因為物位測量的現場情況千差萬別,而生產商又很難設計出能滿足所有工況應用的物位儀表。只有充分了解儀表特點及現場應用條件,才能正確選擇所需要的產品,同時充分發揮儀表的測量性能。
 在非接觸式物位測量儀表中,一般有超聲波物位計和雷達物位計兩種,而后者占有主要的地位. 這是因為雷達技術的應用近年來獲得了快速發展. 雷達物位計中高頻頭和天線是眼睛,回波處理是物位計的大腦。雷達物位計發出的電磁波遇到被測介質被反射,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)與最大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射波等的幅度)之比。回波質量數值越大,物位計測量效果越好。
 雷達物位計的回波質量主要受以下因素影響: 1.傳播介質的介電常數,該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.被測介質表面狀況,表面越平整,其介電常數越大,則越有利于回波反射。
 所以考慮現場情況時,應特別注意這兩個方面:1.天線到被測介質間空氣介電常數的分布。2.被測介質的表面狀態及其介電常數。
 雷達物位計的優點是:不受空氣波動影響,隨距離衰減小,穿透力強。
 同時雷達物位計也存在一定的局限性;其一,影響雷達物位計的性能是介電常數,在真空中雷達衰減極小,當空氣中存在影響雷達衰減的物質時,例如:含高介電性的粉塵粉末(石墨,鐵合金等),水蒸氣等,其測量距離和效果都會受到影響。其二,如果被測介質的揮發氣體在天線上聚集,或水蒸汽在天線上聚結,此時,就會影響雷達波發射,嚴重時可導致雷達波不能發出。 其三,被測介質的介電常數不能太小。其四,盡管溫度和壓力對雷達影響極小,但由于雷達天線是由不同材料做成,雷達物位計可適應溫度和壓力的范圍取決于其天線所使用的材料,以及物位計本身的密封結構。
 在超聲波物位計的應用中,要獲得比較好的回波,換能器工作頻率大約 40KHz,波長大約 9mm,這時發射波的開角為7°-8°。工作頻率越高,其開角越小,量程相對也較小。與超聲波物位計相比,雷達物位計要獲得上述效果的回波,其工作頻率應為 26GHz,此時,其波長為 11mm。當用口徑為 100mm的喇叭時,可獲得 7°-8°開角的發射波。如果雷達物位計的工作頻率為 6GHz,則相當于超聲波的工作頻率為 10KHz。而工作頻率為 10kHz的超聲波物位計在物位測量中各項指標都很不理想,不適于固體料位的測量。

二、雷達物位計的種類及應用:

 雷達物位計目前已成為市場上的主流產品,主要分為脈沖雷達物位計和導波雷達物位計。低頻脈沖雷達物位計盡管具有價格相對低廉的優點,但在主要應用領域中,屬于逐漸被淘汰的產品。
 與低頻脈沖雷達物位計相比,高頻脈沖雷達物位計在應用過程中有以下優點:
1.高頻雷達物位計(主要指 26GHz和 24GHz)具有能量高,波束角小,天線尺寸小,精度高等優點。
2.26GHz雷達波長 11mm,6GHz雷達波長 50mm,雷達物位計在測量散裝料位時,雷達波反射主要來自料面的漫反射,漫反射的強度與物料大小成正比,與波長成反比,而大部份散裝料直徑遠遠小于 50mm,這就是目前 26GHz雷達是測量散裝料物位最佳選擇的原因。
3.在一些直徑小而高度并不是很高的小型罐的應用中, 6GHz雷達天線長(300-400mm)無形中增大了盲區(大約 600mm),另外由于6GHz雷達方向性差(開角大)在小罐中會產生多徑反射;而26GHz雷達頻率高,天線短,方向性好,克服了6GHz雷達的缺點,適用于小罐測量。
4.由于現場環境惡劣,隨著時間推移,雷達天線會堆積污物、水汽等, 26GHz雷達天線小,附加天線罩可大大改善因污物、水汽造成的影響; 6GHz雷達天線大,加天線罩很困難。且儀表較沉重,清理困難。
5.由于 26GHz雷達方向性好,很多惡劣工況,可通過簡單隔離,將雷達物位計裝在容器外進行測量。

    冶金行業的工況相當復雜,各個工序的對于物位測量的要求均不相同:同時測量介質的性質;測量介質的溫度、壓力;防爆、防護等級;測量環境有無粉塵、蒸汽和泡沫;容器罐、池、料倉、料庫的幾何尺寸及安裝位置都會對所使用的儀表有不同要求。因此,儀表選型前必須對使用的工況環境做認真、詳細了解和分析,必要的情況下要到使用現場做實地勘查,才能保證獲得最佳的使用效果。
 在選擇雷達物位計時首先要考慮天線材質和頻率的不同。其頻率主要有 6GHz和 26GHz兩種; 但6GHz雷達物位計已經屬于淘汰產品,應用時盡量選用 26GHz高頻雷達物位計。26GHz高頻雷達物位計的天線種類很多,各有特點: LM-RD-55型高頻雷達物位計的天線,是全四氟(PTFE)密封天線,適合工況較好(測距短,液面穩定)的液體,腐蝕性液體。少量的揮發物對天線只造成輕微污染。一般應用在水處理車間的LM-RD-55型高頻雷達物位計,安裝位置為循環水工序中間水箱上,因水箱內泡沫較多,而且大多數為露天室外安裝。

 LM-RD-56、58、59型高頻雷達物位計的天線分以下不同種類:1.不繡鋼喇叭天線,適合較干凈沒有揮發物的工況。 2.不繡鋼喇叭加 PTFE罩天線,適合有揮發物,粉塵的工況。3.全朔料天線帶 PTFE罩天線,適合有揮發物,粉塵,凝結的工況。4.不繡鋼喇叭帶吹掃天線,經壓縮空氣做吹掃風,適合對天線污染嚴重的工況。5.加天線延長管和散熱管,可用于超高溫工況(如鋼水)。比較適用于冶金行業轉爐、高爐上料倉位,原料倉,如果現場工況粉塵比較大,礦粉中又存在水汽,使用時盡量選用LM-RD-58/59型高頻雷達物位計。


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