3.2.6、雷达物位计
微波物位计俗称雷达物位计,雷达是英文Radio Detection andRaging(无线电检测与测距)首字母的缩写词。微波物位计工作方式类似雷达即向被测目标发射微波,由目标反射的回波返回发射器被接收,与发射波进行比较,确定目标存在并计算出发射器到目标的距离。雷达物位计按工作方式可以分为非接触式和接触式两种。
非接触式微波物位计常用喇叭或杆式天线来发射与接收微波,仪表安装在料仓顶部,不与被测介质接触,微波在料仓上部空间传播与返回。安装简单、维护量少,并且不受料仓内气体成分、粉尘、温度变化等的影响。
接触式微波物位计一般采用金属波导体(杆或钢缆)来传导微波,仪表从仓顶安装,导波杆直达仓底,发射的微波沿波导体外部向下传播,在到达物料面时被反射,沿波导体返回发射器被接收。
目前微波(雷达)物位计技术方案有脉冲法(PULS)和连续调频法(FMCW)两种。
连续调频(FMCW)技术测量物位是将传播时间转换成频差的方式,通过测量频率来代替直接测量时差,来计算目标距离。发射一个频率被线性调制的微波连续信号,频率线性上升(下降),所接收到的回波信号频率也是线性上升(下降)的,两者的频率差将比例于离目标的距离。频率被调制的信号通过天线向容器中被测物料面发射,被接收的回波频率信号和一部分发射频率信号混合,产生的差频信号被滤波及放大,进行快速傅利叶变换(FFT)分析,FFT分析产生一个频谱,在此频谱上处理回波并确认回波。脉冲波测距是由天线向被测物料面发射一个微波脉冲,当接收到被测物料面上反射回来的回波后,测量两者时间差(即微波脉冲的行程时间),来计算物料面的距离。微波发射和返回之间的时差很小,对于几米的行程时间要以纳秒来计量。脉冲测距采用规则的周期重复信号,并重复频率(RPF)高。
微波(雷达)物位计使用的微波频率有三个频段:C波段(5.8~6.3GHz)、X波段(9~10.5GHz)、K波段(24~26GHz)。制造商根据自己的技术及国家批准的频率来设计产品。物位测量中的微波一般是定向发射的,通常用波束角来定量表示微波发射和接收的方向性。波束角和天线类型有关,也和使用的微波频率(波长)有关。对于常用的圆锥形喇叭天线来说,微波的频率越高,波束的聚焦性能越好,即波束角小,在实际使用中这是十分重要的,低频微波物位计有较宽的波束,如果安装不得当,将会收到内部结构产生的较多的虚假回波,例如:采用4”喇叭天线的26GHz雷达的典型波束角为8°,而5.8GHz的典型波束角为17°。并且,微波的频率越高,其喇叭尺寸也可以做的越小,更易于开孔安装。目前还没有频率高于K波段(24—26GHz)的微波(雷达)物位计。而X波段雷达由于没有明显的应用特点,而在各大物位厂商的雷大物位技术发展中趋于被淘汰。
3.2.7、 物位开关
进行定点测量的物位开关是用于检测物位是否达到预定高度,并发出相应的开关量信号。针对不同的被测对象,物位开关有多种形式,可以测量液位,料位,固-液分界面,以及判断物料的有无等。物位开关的特点是简单,可靠,使用方便,使用范围广。
物位开关的工作原理与相应的连续测量仪表相同,下表列出物位开关的特点及示意图。