雷達物位計在冶金行業的應用

一、概述:

物位(wei)(wei)測(ce)量(liang)的儀(yi)表(biao)在選(xuan)(xuan)型(xing)時，與壓力或流量(liang)測(ce)量(liang)等儀(yi)表(biao)有(you)很(hen)大不(bu)同(tong)。這(zhe)是(shi)因為物位(wei)(wei)測(ce)量(liang)的現場情(qing)況(kuang)千(qian)差萬(wan)別，而生產(chan)商又很(hen)難設計出能滿(man)足(zu)所(suo)有(you)工況(kuang)應(ying)用的物位(wei)(wei)儀(yi)表(biao)。只有(you)充(chong)分(fen)了解儀(yi)表(biao)特點及現場應(ying)用條件(jian)，才能正確選(xuan)(xuan)擇所(suo)需(xu)要的產(chan)品，同(tong)時充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)儀(yi)表(biao)的測(ce)量(liang)性能。

在(zai)非接觸式物(wu)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)測(ce)量儀表中，一般(ban)有超聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)物(wu)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)計(ji)和雷(lei)達物(wu)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)計(ji)兩種，而后者占(zhan)有主要(yao)的(de)地位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei). 這(zhe)是因為(wei)雷(lei)達技術的(de)應(ying)用近年來獲得了快速發(fa)展. 雷(lei)達物(wu)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)計(ji)中高(gao)頻(pin)頭(tou)和天線是眼睛，回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)處理是物(wu)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)計(ji)的(de)大腦(nao)。雷(lei)達物(wu)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)計(ji)發(fa)出的(de)電磁波(bo)(bo)(bo)(bo)遇到(dao)被測(ce)介質(zhi)被反射，反射回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)質(zhi)量反映了物(wu)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)計(ji)應(ying)用效(xiao)果。回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)質(zhi)量定義為(wei)最(zui)小回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)幅度（在(zai)最(zui)惡劣條件下回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)幅度）與(yu)最(zui)大噪聲(sheng)幅度（虛(xu)假回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)、多徑反射波(bo)(bo)(bo)(bo)等(deng)的(de)幅度）之比。回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)質(zhi)量數(shu)值(zhi)越(yue)大，物(wu)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)計(ji)測(ce)量效(xiao)果越(yue)好。

雷(lei)達(da)物位計的回波(bo)(bo)質量主要(yao)受(shou)以下因素(su)影響: 1.傳播(bo)介質的介電(dian)(dian)常數(shu)(shu)，該常數(shu)(shu)越(yue)(yue)穩定越(yue)(yue)有(you)利于傳播(bo)。雷(lei)達(da)波(bo)(bo)是電(dian)(dian)磁波(bo)(bo)，電(dian)(dian)磁波(bo)(bo)在傳播(bo)過程(cheng)中(zhong)不受(shou)傳播(bo)介質穩定程(cheng)度的影響，只與(yu)其介電(dian)(dian)常數(shu)(shu)有(you)關。這是雷(lei)達(da)技術與(yu)超聲波(bo)(bo)技術的重大區別(bie)。2.被測介質表面(mian)狀況，表面(mian)越(yue)(yue)平整(zheng)，其介電(dian)(dian)常數(shu)(shu)越(yue)(yue)大，則越(yue)(yue)有(you)利于回波(bo)(bo)反射。

所以考慮現場情況時，應特別注意這兩個方面(mian)：1.天線到(dao)被(bei)測(ce)介(jie)質(zhi)間空氣介(jie)電常數的分布(bu)。2.被(bei)測(ce)介(jie)質(zhi)的表面(mian)狀(zhuang)態及其介(jie)電常數。

雷達物位計的(de)優點是：不受空氣波動影(ying)響，隨距(ju)離衰減小，穿透力(li)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(chao)聲波(bo)物位(wei)計的(de)(de)應用中，要獲(huo)得比(bi)較好(hao)的(de)(de)回波(bo)，換能器工(gong)(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)大(da)約 40KHz，波(bo)長大(da)約 9mm，這(zhe)時(shi)發(fa)射(she)(she)波(bo)的(de)(de)開角(jiao)為(wei)(wei)7°-8°。工(gong)(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)越(yue)高，其開角(jiao)越(yue)小，量程相對也較小。與超(chao)聲波(bo)物位(wei)計相比(bi)，雷達物位(wei)計要獲(huo)得上述效果的(de)(de)回波(bo)，其工(gong)(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)應為(wei)(wei) 26GHz，此(ci)時(shi)，其波(bo)長為(wei)(wei) 11mm。當用口(kou)徑為(wei)(wei) 100mm的(de)(de)喇叭時(shi)，可獲(huo)得 7°-8°開角(jiao)的(de)(de)發(fa)射(she)(she)波(bo)。如果

雷達物(wu)位(wei)計的工作頻率為(wei)(wei) 6GHz，則相當(dang)于超聲(sheng)波的工作頻率為(wei)(wei) 10KHz。而工作頻率為(wei)(wei) 10kHz的超聲(sheng)波物(wu)位(wei)計在物(wu)位(wei)測(ce)量(liang)中各項(xiang)指標都很不理想，不適于固體料位(wei)的測(ce)量(liang)。

二、雷達物位計的種類及應用：

雷(lei)達物(wu)位(wei)計(ji)目前已成為(wei)市場(chang)上的(de)主流產(chan)品，主要分(fen)為(wei)脈沖雷(lei)達物(wu)位(wei)計(ji)和導波雷(lei)達物(wu)位(wei)計(ji)。低頻脈沖雷(lei)達物(wu)位(wei)計(ji)盡管具(ju)有價(jia)格(ge)相對低廉的(de)優點，但在(zai)主要應(ying)用領域中，屬于逐漸(jian)被淘汰的(de)產(chan)品。

與(yu)低頻(pin)脈(mo)沖雷達物位計相比，高(gao)頻(pin)脈(mo)沖雷達物位計在應用過程中有(you)以下優點：

1．高頻雷(lei)達物(wu)位計（主要指 26GHz和(he) 24GHz）具有能量高，波束角小，天線尺寸小，精度高等優點。

2．26GHz雷(lei)達(da)波(bo)長 11mm，6GHz雷(lei)達(da)波(bo)長 50mm，雷(lei)達(da)物位計在測量散裝(zhuang)(zhuang)料位時，雷(lei)達(da)波(bo)反(fan)(fan)射主要來自料面的(de)(de)漫(man)反(fan)(fan)射，漫(man)反(fan)(fan)射的(de)(de)強度與物料大(da)小成(cheng)正比(bi)，與波(bo)長成(cheng)反(fan)(fan)比(bi)，而大(da)部(bu)份散裝(zhuang)(zhuang)料直(zhi)徑遠(yuan)遠(yuan)小于 50mm，這(zhe)就是目前 26GHz雷(lei)達(da)是測量散裝(zhuang)(zhuang)料物位最佳選擇的(de)(de)原因。 

3．在一(yi)些直(zhi)徑(jing)小而高度并不(bu)是很高的小型罐的應用中(zhong)(zhong)， 6GHz雷(lei)達(da)(da)(da)天線(xian)長（300-400mm）無形中(zhong)(zhong)增大(da)了(le)盲區（大(da)約 600mm），另外由于6GHz雷(lei)達(da)(da)(da)方向(xiang)性差（開(kai)角大(da)）在小罐中(zhong)(zhong)會(hui)產生多徑(jing)反(fan)射(she)；而26GHz雷(lei)達(da)(da)(da)頻率高，天線(xian)短，方向(xiang)性好，克服了(le)6GHz雷(lei)達(da)(da)(da)的缺點，適用于小罐測量(liang)。

4．由于(yu)現場(chang)環(huan)境惡(e)劣，隨著時間推移，雷(lei)達天(tian)線會堆積污(wu)物、水(shui)汽(qi)等， 26GHz雷(lei)達天(tian)線小，附加(jia)天(tian)線罩可(ke)大大改善因污(wu)物、水(shui)汽(qi)造成(cheng)的影響(xiang)； 6GHz雷(lei)達天(tian)線大，加(jia)天(tian)線罩很困難。且(qie)儀表較沉重，清理困難。 

5．由于(yu) 26GHz雷達方向性好(hao)，很(hen)多(duo)惡(e)劣工況，可通過簡單隔離，將雷達物位計(ji)裝在容器外進行(xing)測(ce)量。

冶金行業的(de)工況相當復雜，各個工序(xu)的(de)對于物位測量的(de)要(yao)(yao)求均不相同：同時測量介質(zhi)的(de)性質(zhi)；測量介質(zhi)的(de)溫度、壓力(li)；防爆、防護等級；測量環境有無粉塵、蒸汽和泡沫；容器罐、池(chi)、料倉、料庫的(de)幾何尺寸及安(an)裝位置(zhi)都(dou)會(hui)對所使用(yong)(yong)的(de)儀表有不同要(yao)(yao)求。因此(ci)，儀表選型前必須對使用(yong)(yong)的(de)工況環境做認真(zhen)、詳細(xi)了解和分(fen)析，必要(yao)(yao)的(de)情況下(xia)要(yao)(yao)到使用(yong)(yong)現場做實(shi)地勘查，才能保證獲得最佳的(de)使用(yong)(yong)效(xiao)果。

在(zai)選擇雷(lei)達(da)物位(wei)計(ji)(ji)時(shi)首(shou)先要(yao)考慮(lv)天(tian)(tian)線材質(zhi)和頻(pin)(pin)率的(de)不(bu)同。其頻(pin)(pin)率主(zhu)要(yao)有(you) 6GHz和 26GHz兩種； 但6GHz雷(lei)達(da)物位(wei)計(ji)(ji)已經屬于淘汰(tai)產品，應(ying)用時(shi)盡量(liang)選用 26GHz高頻(pin)(pin)雷(lei)達(da)物位(wei)計(ji)(ji)。26GHz高頻(pin)(pin)雷(lei)達(da)物位(wei)計(ji)(ji)的(de)天(tian)(tian)線種類很(hen)多，各有(you)特點(dian)： LM-RD-55型(xing)高頻(pin)(pin)雷(lei)達(da)物位(wei)計(ji)(ji)的(de)天(tian)(tian)線，是全(quan)四氟（PTFE）密封(feng)天(tian)(tian)線，適合工況較好(hao)（測距短(duan)，液面穩定）的(de)液體(ti)(ti)，腐蝕(shi)性液體(ti)(ti)。少量(liang)的(de)揮(hui)發物對天(tian)(tian)線只造成(cheng)輕(qing)微污(wu)染。一般應(ying)用在(zai)水(shui)處(chu)理車間(jian)的(de)LM-RD-55型(xing)高頻(pin)(pin)雷(lei)達(da)物位(wei)計(ji)(ji)，安裝位(wei)置為循環水(shui)工序中間(jian)水(shui)

箱(xiang)上，因水(shui)箱(xiang)內泡沫較多，而且大多數為露天(tian)室外安裝。

LM-RD-56、58、59型高(gao)(gao)(gao)頻雷達(da)物(wu)位(wei)計的(de)(de)天(tian)(tian)(tian)(tian)線(xian)分以下(xia)不同種類：1.不繡鋼喇(la)叭天(tian)(tian)(tian)(tian)線(xian)，適(shi)(shi)合較干凈沒有揮發(fa)(fa)物(wu)的(de)(de)工況(kuang)(kuang)。 2.不繡鋼喇(la)叭加 PTFE罩天(tian)(tian)(tian)(tian)線(xian)，適(shi)(shi)合有揮發(fa)(fa)物(wu)，粉塵(chen)的(de)(de)工況(kuang)(kuang)。3.全(quan)朔料天(tian)(tian)(tian)(tian)線(xian)帶 PTFE罩天(tian)(tian)(tian)(tian)線(xian)，適(shi)(shi)合有揮發(fa)(fa)物(wu)，粉塵(chen)，凝(ning)結的(de)(de)工況(kuang)(kuang)。4.不繡鋼喇(la)叭帶吹掃(sao)天(tian)(tian)(tian)(tian)線(xian)，經(jing)壓縮空氣(qi)做(zuo)吹掃(sao)風，適(shi)(shi)合對天(tian)(tian)(tian)(tian)線(xian)污染嚴重(zhong)的(de)(de)工況(kuang)(kuang)。5.加天(tian)(tian)(tian)(tian)線(xian)延(yan)長管和(he)散熱管，可(ke)用(yong)于超(chao)高(gao)(gao)(gao)溫工況(kuang)(kuang)（如鋼水）。比(bi)較適(shi)(shi)用(yong)于冶金行業轉爐、高(gao)(gao)(gao)爐上料倉(cang)(cang)位(wei)，原料倉(cang)(cang)，如果現場工況(kuang)(kuang)粉塵(chen)比(bi)較大(da)，礦粉中又(you)存在(zai)水汽，使(shi)用(yong)時盡量選(xuan)用(yong)LM-RD-58/59型高(gao)(gao)(gao)頻雷達(da)物(wu)位(wei)計。