雷達物位計在冶金行業的應用

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。