《電子技術(shù)應(yīng)用》
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雷達(dá)物位計(jì)在冶金行業(yè)的應(yīng)用
宜科(天…
摘要: 物位測(cè)量的儀表在選型時(shí),與壓力或流量測(cè)量等儀表有很大不同。這是因?yàn)槲镂粶y(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)情況千差萬(wàn)別,而生產(chǎn)商又很難設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足所有工況應(yīng)用的物位儀表。只有充分了解儀表特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件,才能正確選擇所需要的產(chǎn)品,同時(shí)充分發(fā)揮儀表的測(cè)量性能。
Abstract:
Key words :

  

        一.概述:
  物位測(cè)量的儀表在選型時(shí),與壓力或流量測(cè)量等儀表有很大不同。這是因?yàn)槲镂粶y(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)情況千差萬(wàn)別,而生產(chǎn)商又很難設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足所有工況應(yīng)用的物位儀表。只有充分了解儀表特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件,才能正確選擇所需要的產(chǎn)品,同時(shí)充分發(fā)揮儀表的測(cè)量性能。
  在非接觸式物位測(cè)量?jī)x表中,一般有超聲波物位計(jì)和雷達(dá)物位計(jì)兩種,而后者占有主要的地位. 這是因?yàn)槔走_(dá)技術(shù)的應(yīng)用近年來(lái)獲得了快速發(fā)展. 雷達(dá)物位計(jì)中高頻頭和天線(xiàn)是眼睛,回波處理是物位計(jì)的大腦。雷達(dá)物位計(jì)發(fā)出的電磁波遇到被測(cè)介質(zhì)被反射,反射回波的質(zhì)量反映了物位計(jì)應(yīng)用效果。回波質(zhì)量定義為最小回波幅度(在最?lèi)毫訔l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(zhì)量數(shù)值越大,物位計(jì)測(cè)量效果越好。
  雷達(dá)物位計(jì)的回波質(zhì)量主要受以下因素影響: 1.傳播介質(zhì)的介電常數(shù),該常數(shù)越穩(wěn)定越有利于傳播。雷達(dá)波是電磁波,電磁波在傳播過(guò)程中不受傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響,只與其介電常數(shù)有關(guān)。這是雷達(dá)技術(shù)與超聲波技術(shù)的重大區(qū)別。2.被測(cè)介質(zhì)表面狀況,表面越平整,其介電常數(shù)越大,則越有利于回波反射。
  所以考慮現(xiàn)場(chǎng)情況時(shí),應(yīng)特別注意這兩個(gè)方面:1.天線(xiàn)到被測(cè)介質(zhì)間空氣介電常數(shù)的分布。2.被測(cè)介質(zhì)的表面狀態(tài)及其介電常數(shù)。
  雷達(dá)物位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是:不受空氣波動(dòng)影響,隨距離衰減小,穿透力強(qiáng)。
  同時(shí)雷達(dá)物位計(jì)也存在一定的局限性;其一,影響雷達(dá)物位計(jì)的性能是介電常數(shù),在真空中雷達(dá)衰減極小,當(dāng)空氣中存在影響雷達(dá)衰減的物質(zhì)時(shí),例如:含高介電性的粉塵粉末(石墨,鐵合金等),水蒸氣等,其測(cè)量距離和效果都會(huì)受到影響。其二,如果被測(cè)介質(zhì)的揮發(fā)氣體在天線(xiàn)上聚集,或水蒸汽在天線(xiàn)上聚結(jié),此時(shí),就會(huì)影響雷達(dá)波發(fā)射,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致雷達(dá)波不能發(fā)出。 其三,被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)不能太小。其四,盡管溫度和壓力對(duì)雷達(dá)影響極小,但由于雷達(dá)天線(xiàn)是由不同材料做成,雷達(dá)物位計(jì)可適應(yīng)溫度和壓力的范圍取決于其天線(xiàn)所使用的材料,以及物位計(jì)本身的密封結(jié)構(gòu)。
  在超聲波物位計(jì)的應(yīng)用中,要獲得比較好的回波,換能器工作頻率大約 40KHz,波長(zhǎng)大約 9mm,這時(shí)發(fā)射波的開(kāi)角為7°-8°。工作頻率越高,其開(kāi)角越小,量程相對(duì)也較小。與超聲波物位計(jì)相比,雷達(dá)物位計(jì)要獲得上述效果的回波,其工作頻率應(yīng)為 26GHz,此時(shí),其波長(zhǎng)為 11mm。當(dāng)用口徑為 100mm的喇叭時(shí),可獲得 7°-8°開(kāi)角的發(fā)射波。如果雷達(dá)物位計(jì)的工作頻率為 6GHz,則相當(dāng)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(jì)在物位測(cè)量中各項(xiàng)指標(biāo)都很不理想,不適于固體料位的測(cè)量。
  二,雷達(dá)物位計(jì)的種類(lèi)及應(yīng)用:
  雷達(dá)物位計(jì)目前已成為市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品,主要分為脈沖雷達(dá)物位計(jì)和導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)。低頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)盡管具有價(jià)格相對(duì)低廉的優(yōu)點(diǎn),但在主要應(yīng)用領(lǐng)域中,屬于逐漸被淘汰的產(chǎn)品。
  與低頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)相比,高頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)在應(yīng)用過(guò)程中有以下優(yōu)點(diǎn):
  1.高頻雷達(dá)物位計(jì)(主要指 26GHz和 24GHz)具有能量高,波束角小,天線(xiàn)尺寸小,精度高等優(yōu)點(diǎn)。
  2.26GHz雷達(dá)波長(zhǎng) 11mm,6GHz雷達(dá)波長(zhǎng) 50mm,雷達(dá)物位計(jì)在測(cè)量散裝料位時(shí),雷達(dá)波反射主要來(lái)自料面的漫反射,漫反射的強(qiáng)度與物料大小成正比,與波長(zhǎng)成反比,而大部份散裝料直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 50mm,這就是目前 26GHz雷達(dá)是測(cè)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(yīng)用中, 6GHz雷達(dá)天線(xiàn)長(zhǎng)(300-400mm)無(wú)形中增大了盲區(qū)(大約 600mm),另外由于6GHz雷達(dá)方向性差(開(kāi)角大)在小罐中會(huì)產(chǎn)生多徑反射;而26GHz雷達(dá)頻率高,天線(xiàn)短,方向性好,克服了6GHz雷達(dá)的缺點(diǎn),適用于小罐測(cè)量。
  4.由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣,隨著時(shí)間推移,雷達(dá)天線(xiàn)會(huì)堆積污物、水汽等, 26GHz雷達(dá)天線(xiàn)小,附加天線(xiàn)罩可大大改善因污物、水汽造成的影響; 6GHz雷達(dá)天線(xiàn)大,加天線(xiàn)罩很困難。且儀表較沉重,清理困難。
  5.由于 26GHz雷達(dá)方向性好,很多惡劣工況,可通過(guò)簡(jiǎn)單隔離,將雷達(dá)物位計(jì)裝在容器外進(jìn)行測(cè)量。
  冶金行業(yè)的工況相當(dāng)復(fù)雜,各個(gè)工序的對(duì)于物位測(cè)量的要求均不相同:同時(shí)測(cè)量介質(zhì)的性質(zhì);測(cè)量介質(zhì)的溫度、壓力;防爆、防護(hù)等級(jí);測(cè)量環(huán)境有無(wú)粉塵、蒸汽和泡沫;容器罐、池、料倉(cāng)、料庫(kù)的幾何尺寸及安裝位置都會(huì)對(duì)所使用的儀表有不同要求。因此,儀表選型前必須對(duì)使用的工況環(huán)境做認(rèn)真、詳細(xì)了解和分析,必要的情況下要到使用現(xiàn)場(chǎng)做實(shí)地勘查,才能保證獲得最佳的使用效果。
  在選擇雷達(dá)物位計(jì)時(shí)首先要考慮天線(xiàn)材質(zhì)和頻率的不同。其頻率主要有 6GHz和 26GHz兩種; 但6GHz雷達(dá)物位計(jì)已經(jīng)屬于淘汰產(chǎn)品,應(yīng)用時(shí)盡量選用 26GHz高頻雷達(dá)物位計(jì)。26GHz高頻雷達(dá)物位計(jì)的天線(xiàn)種類(lèi)很多,各有特點(diǎn): LM-RD-55型高頻雷達(dá)物位計(jì)的天線(xiàn),是全四氟(PTFE)密封天線(xiàn),適合工況較好(測(cè)距短,液面穩(wěn)定)的液體,腐蝕性液體。少量的揮發(fā)物對(duì)天線(xiàn)只造成輕微污染。一般應(yīng)用在水處理車(chē)間的LM-RD-55型高頻雷達(dá)物位計(jì),安裝位置為循環(huán)水工序中間水箱上,因水箱內(nèi)泡沫較多,而且大多數(shù)為露天室外安裝。

  LM-RD-56、58、59型高頻雷達(dá)物位計(jì)的天線(xiàn)分以下不同種類(lèi):1.不繡鋼喇叭天線(xiàn),適合較干凈沒(méi)有揮發(fā)物的工況。 2.不繡鋼喇叭加 PTFE罩天線(xiàn),適合有揮發(fā)物,粉塵的工況。3.全朔料天線(xiàn)帶 PTFE罩天線(xiàn),適合有揮發(fā)物,粉塵,凝結(jié)的工況。4.不繡鋼喇叭帶吹掃天線(xiàn),經(jīng)壓縮空氣做吹掃風(fēng),適合對(duì)天線(xiàn)污染嚴(yán)重的工況。5.加天線(xiàn)延長(zhǎng)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(yè)轉(zhuǎn)爐、高爐上料倉(cāng)位,原料倉(cāng),如果現(xiàn)場(chǎng)工況粉塵比較大,礦粉中又存在水汽,使用時(shí)盡量選用LM-RD-58/59型高頻雷達(dá)物位計(jì)。

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