物位(wèi)是工業過程監(jiān)控的重要(yào)目(mù)標(biāo)參數之一(yī)，各(gè)種(zhǒng)罐體，料倉，水池等(děng)的(dí)連(lián)續物(wù)位測量中，由(yóu)於現場工(gōng)況千差萬別，很難有(yǒu)能滿(mǎn)足(zú)所有工況(kuàng)應(yīng)用的物(wù)位儀表。
其(qí)中，在(zài)非(fēi)接(jiē)觸(chù)測量儀表中，雷達(dá)和超聲波兩種原(yuán)理物(wù)位(wèi)計應用非(fēi)常廣(guǎng)泛。那麼(mó)，雷達(dá)物(wù)位計和超(chāo)聲波物(wù)位(wèi)計(jì)區(qū)別(bié)在(zài)哪裏(lǐ)？這(zhè)兩(liǎng)種的測量(liáng)原(yuán)理(lǐ)究竟是什麼？雷(léi)達物位計和超聲波物位(wèi)計相比各(gè)自(zì)的優勢(shì)是什麼呢?
今天，就(jiù)這(zhè)些問(wèn)題和大家講解(jiě)一下(xià)這(zhè)兩種物(wù)位(wèi)計。
超聲(shēng)波物(wù)位(wèi)計
我(wǒ)們一般(bān)把(bǎ)聲(shēng)波頻率超過(guò)20kHz的(dí)聲波(bō)稱(chēng)為超聲波(bō)，超聲波是(shì)機械(xiè)波的(dí)一(yī)種(zhǒng)，即(jí)是機(jī)械(xiè)振(zhèn)動(dòng)在(zài)彈性(xìng)介質(zhì)中的(dí)一種傳播(bō)過(guò)程，它(tā)的特(tè)征(zhēng)是(shì)頻(pín)率高，波長短(duǎn)，繞射現(xiàn)象小，另(lìng)外(wài)方向(xiàng)性(xìng)好(hǎo)，能夠成為射綫(xiàn)而定向傳播。
超聲波在液(yè)體，固(gù)體(tǐ)中衰減很(hěn)小(xiǎo)，因而(ér)穿(chuān)透能力強，尤其是(shì)在對(duì)光不(bù)透明的固(gù)體中，超聲波可穿透(tòu)幾十米的長(cháng)度(dù)，碰(pèng)到(dào)雜(zá)質(zhì)或界(jiè)麵(miàn)就(jiù)會(huì)有顯著(zhù)的反射，超聲(shēng)波測量物位就(jiù)是利用(yòng)了它(tā)的(dí)這一特征(zhēng)。
在超聲波(bō)檢測技(jì)術中，不管哪(nǎ)種超聲波(bō)儀器，都(dū)必(bì)須把(bǎ)電能(néng)轉換超聲(shēng)波發射出去，再接(jiē)收(shōu)回(huí)來變換(huàn)成電信(xìn)號(hào)，完成(chéng)這(zhè)項功能(néng)的裝置(zhì)被稱(chēng)為(wéi)超(chāo)聲(shēng)波換能器(qì)，也稱探(tàn)頭。
工作時(shí)，超聲波換能器置於(yú)被測(cè)物上方，向下發(fā)射(shè)超聲波，超聲波(bō)穿過空氣介(jiè)質(zhì)，在(zài)遇(yù)到(dào)被(bèi)測物表(biǎo)麵(miàn)時被反(fǎn)射(shè)回來，又(yòu)被(bèi)換能(néng)器所接(jiē)收並轉換(huàn)為電(diàn)信號(hào)，電子(zǐ)檢(jiǎn)測部分(fēn)檢測到(dào)這(zhè)一信(xìn)號(hào)後將(jiāng)其變成物(wù)位(wèi)信號進行顯示並(bìng)輸出(chū)。
雷達物位(wèi)計(jì)
與超聲(shēng)波物(wù)位(wèi)計工(gōng)作模(mó)式(shì)相同，雷(léi)達物位計(jì)同(tóng)樣采用發(fā)射(shè)-反射-接收(shōu)的工作模式(shì)，不同(tóng)是(shì)雷達超(chāo)聲波(bō)物位計的測(cè)量(liáng)主要(yào)依賴(lài)超(chāo)聲(shēng)波(bō)換(huàn)能器(qì)，而雷達物(wù)位(wèi)計(jì)則依(yī)靠(kào)高頻(pín)頭和(hé)天綫。
超聲波物(wù)位(wèi)計使用機械波，而雷達物位計使(shǐ)用(yòng)的是超高(gāo)頻(pín)率(shuài)（幾G到幾(jī)十(shí)G赫(hè)茲）電磁波。電(diàn)磁(cí)波(bō)以光(guāng)速運行(háng)，運(yùn)行時(shí)間(jiān)可(kě)以(yǐ)通過電(diàn)子(zǐ)部件被(bèi)轉(zhuǎn)換(huàn)成(chéng)物位信(xìn)號(hào)。
另(lìng)一種(zhǒng)常(cháng)見的雷(léi)達(dá)物位計(jì)是導波雷達物(wù)位計。
導(dǎo)波(bō)雷達(dá)物位(wèi)計(jì)是依(yī)據時(shí)域反射(shè)原理(lǐ)(TDR)為(wéi)基礎(chǔ)的雷(léi)達(dá)料位計，雷達(dá)料(liào)位(wèi)計(jì)的電(diàn)磁脈衝(chōng)以(yǐ)光速沿(yán)鋼(gāng)纜(lǎn)或(huò)探(tàn)棒傳(chuán)播(bō)，當(dāng)遇(yù)到被(bèi)測介質表麵(miàn)時(shí)，雷達料位計(jì)的(dí)部分脈衝被反射形(xíng)成回(huí)波並(bìng)沿相(xiāng)同(tóng)路經返回到脈衝(chōng)發(fā)射(shè)裝置(zhì)，發(fā)射裝(zhuāng)置與被測(cè)介質表麵(miàn)的(dí)距離(lí)同(tóng)脈(mài)衝在其間(jiān)的(dí)傳播時(shí)間(jiān)成正比，經計算得出(chū)液位(wèi)高度。
影響超(chāo)聲(shēng)波(bō)物位(wèi)效果(guǒ)因(yīn)素
傳(chuán)感器(qì)發出(chū)的(dí)超聲波碰到(dào)被測(cè)介質(zhì)被反(fǎn)射，反(fǎn)射回波(bō)的(dí)質量反映(yìng)了(liǎo)物位(wèi)計應用(yòng)效果。
回波質量定義為最小回波幅(fú)度(dù)（在最條(tiáo)件下回波(bō)幅(fú)度(dù)）比最(zuì)大噪聲幅度(dù)（虛(xū)假回(huí)波(bō)，多(duō)徑反射回(huí)波等的幅(fú)度）。回(huí)波質量數(shù)值越大(dà)，物位計應用效果越好。
1.傳播介質越(yuè)穩(wěn)定越(yuè)有利於(yú)傳播
超聲波是機械(xiè)波(bō)。機械(xiè)波在(zài)傳(chuán)播過程中會受到傳播介(jiè)質(zhì)穩定(dìng)程(chéng)度的影響。例(lì)如(rú)：有(yǒu)一(yī)池(chí)塘水，當(dāng)風平浪靜(jìng)時(shí)，往(wǎng)池塘(táng)中扔石子就可看到(dào)水(shuǐ)波紋，當大(dà)風使(shǐ)池(chí)塘(táng)水起(qǐ)波浪時，往(wǎng)池塘(táng)中扔很大的石頭(tóu)都難看到(dào)水(shuǐ)波(bō)紋(wén)。
引(yǐn)起空氣波(bō)動因(yīn)素(sù)很多(duō)，如：粉塵(chén)，氣(qì)浪(làng)，蒸汽，料(liào)流等都會(huì)引(yǐn)起空氣波動(dòng)，降低回波質(zhì)量，影(yǐng)響(xiǎng)測(cè)量效果。
2.被測(cè)介質表(biǎo)麵(miàn)越(yuè)平整(zhěng)，聲阻抗(kàng)越大越有利於(yú)反(fǎn)射(shè)回(huí)波(bō)
測(cè)量固體(tǐ)時(shí)，被(bèi)測(cè)表麵都(dū)是不(bù)平的，有一定(dìng)的(dí)安(ān)息角。在這種條件(jiàn)下的反(fǎn)射(shè)波是漫反(fǎn)射(shè)波。由於反射與(yǔ)波(bō)長有(yǒu)關(guān)，當反射麵的(dí)綫度可(kě)與(yǔ)波長相比時(shí)或(huò)更大時，才(cái)能發(fā)生反(fǎn)射(shè)。
顯然，工(gōng)作頻(pín)率越高，其波(bō)長(cháng)越(yuè)小(xiǎo)，對於較小的物料(liào)，更(gēng)易(yì)於(yú)發(fā)生(shēng)漫反(fǎn)射。例如，頻率為10kHz的機械波在空氣中的(dí)波長(cháng)是34mm，大多數情況(kuàng)下，物料(liào)的(dí)綫度(dù)都(dū)不會有這麼大。
此(cǐ)外，低頻(pín)工(gōng)作(zuò)時(shí)，發射(shè)波的開角(jiǎo)大，回波會很寬(kuān)。這(zhè)時(shí)測得的數據不(bù)準，有時(shí)會(huì)差幾百毫米(mǐ)甚至lm。
影(yǐng)響雷達物位效果(guǒ)因(yīn)素
1.傳播介(jiè)質(zhì)介電(diàn)常數越穩定越有(yǒu)利於傳播。
雷(léi)達波是(shì)電(diàn)磁波(bō)，電磁波(bō)在(zài)傳(chuán)播過程中不受傳播(bō)介質穩(wěn)定(dìng)程度(dù)的(dí)影響(xiǎng)，隻(zhī)與其(qí)介電(diàn)常數有關。這(zhè)是雷達技術與(yǔ)超聲波技(jì)術的(dí)重(zhòng)大區(qū)別。
2.被(bèi)測(cè)介質(zhì)表麵越平(píng)整(zhěng)，其介電常數越(yuè)大(dà)越有(yǒu)利於(yú)回波(bō)反射。
所以(yǐ)考(kǎo)慮(lǜ)現場(cháng)工況時，應特(tè)別(bié)注(zhù)意：天綫到被(bèi)測介質問空(kōng)氣介(jiè)電(diàn)常數(shù)的分布；被(bèi)測(cè)介質的表(biǎo)麵(miàn)狀(zhuàng)態及其(qí)介電(diàn)常數。
雷(léi)達與(yǔ)超聲波物位計(jì)對比
說(shuō)了(liǎo)這(zhè)麼(mó)多，兩種(zhǒng)物位計對比(bǐ)，各(gè)有(yǒu)什麼優(yōu)缺(quē)點呢？
1.超(chāo)聲(shēng)波(bō)精度(dù)不如雷(léi)達(dá)；
2.由於頻(pín)率和天(tiān)綫(xiàn)尺寸的關係，采用更高頻率的雷達(dá)物(wù)位計天綫尺(chǐ)寸(cùn)小(xiǎo)，更(gēng)便(biàn)於安(ān)裝；
3.由(yóu)於雷達(dá)頻率更高，因此波長更短，對(duì)傾斜(xié)的(dí)固體表麵(miàn)有(yǒu)更好的(dí)反射；
4.雷達(dá)測量(liáng)盲區相對超聲(shēng)波更(gēng)小；
5.由於雷(léi)達(dá)頻率更高，因(yīn)此雷(léi)達波束角(jiǎo)小，能(néng)量(liáng)集中，增(zēng)強回波能(néng)力同(tóng)時又(yòu)有(yǒu)利(lì)於避開(kāi)幹擾物(wù)；
6.相(xiāng)比采(cǎi)用(yòng)機(jī)械波的超(chāo)聲(shēng)波物位(wèi)計，雷達(dá)基(jī)本不受(shòu)真(zhēn)空(kōng)，空(kōng)氣中(zhōng)的(dí)水蒸氣，粉塵（石墨，鐵(tiě)合(hé)金(jīn)等(děng)高介電性(xìng)的粉塵(chén)除外(wài)），溫度壓力(lì)變化影(yǐng)響(xiǎng)；
這(zhè)樣看起來(lái)雷達似乎(hū)非常(cháng)好。那麼(mó)，是(shì)否(fǒu)雷達(dá)物(wù)位計可(kě)以(yǐ)*代替超(chāo)聲波物位計呢(ní)？
當然不(bù)是。超聲波物(wù)位(wèi)計也(yě)有自身(shēn)的優點，其中(zhōng)最主要的(dí)優點(diǎn)是(shì)超(chāo)聲(shēng)物位(wèi)計的成本遠低(dī)於雷(léi)達物位計。
因此在對性能幹擾(rǎo)不大（如(rú)一(yī)些(xiē)液位(wèi)測量）的(dí)工況，且(qiě)對(duì)精度要求不高的(dí)情況下(xià)，超(chāo)聲(shēng)波(bō)液(yè)位(wèi)計是性(xìng)價(jià)比(bǐ)更高的(dí)物位(wèi)測量儀(yí)器(qì)。
雷(léi)達(dá)和超(chāo)聲波兩類(lèi)型物(wù)位(wèi)計(jì)均是(shì)工業(yè)物位測量的良好解(jiě)決(jué)方案(àn)，其(qí)選(xuǎn)型(xíng)應用(yòng)需根(gēn)據過(guò)程(chéng)工(gōng)況，介質(zhì)特性決定(dìng)，並(bìng)結(jié)合(hé)安裝條(tiáo)件(jiàn)，使(shǐ)用環(huán)境等外界(jiè)因素。
經濟適用(yòng)，更好的性價比是設(shè)計人員(yuán)選型的(dí)重(zhòng)要(yào)依(yī)據(jù)，也是現(xiàn)代工廠(chǎng)精(jīng)細化管(guǎn)理(lǐ)追(zhuī)求(qiú)良好(hǎo)效(xiào)益的(dí)基礎條件。
儀(yí)器(qì)儀表不像(xiàng)其他產品一(yī)樣可以簡單的(dí)看(kàn)上就(jiù)能買，需要(yào)嚴(yán)格根據工(gōng)況條(tiáo)件，成本(běn)預(yù)算，功(gōng)能(néng)效(xiào)益(yì)等(děng)要求仔(zī)細選(xuǎn)型(xíng)。
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