脉冲导波雷达物位-雷达物位计原理      概述

脉冲导波雷达物位-雷达物位计原理因其特殊的非接触式测量特性，可对有污染性和腐蚀性的介质进行准确的测量,其稳定和准确的表现也同样体现在复杂的测量环境下。输出的4~20mA信号可以提供远端控制,采用了*的微波技术和Echo-tech回波处理技术以适应各种工况。脉冲的工作方式可测小介电常数介质，并安全适用于各种金属，非金属容器内,对人体及环境无伤害。

脉冲导波雷达物位-雷达物位计原理应 用 可测固体和液体介质。适用于各种复杂测量，如小介电常数介质，腐蚀性工况，粉煤灰等颗粒状介质，以及挥发腐蚀性液体介质测量范围 0~35米过程连接 法兰(DN50,DN80,DN100,DN150) 螺纹(G 11/2 , 11/2NPT) 过程温度 -40~250℃ 过程压力 -1.0~40bar 精 度 < 0.1% 滞 后 0.2秒采 样 回波采样 55次/秒分 辨 率 1 mm 频率范围 6.8GHz 专业等级 EXiaIICT6 防护等级 IP68 信号输出 4…20mA/Hart 两线天线材质 316不锈钢 PP/PPFE 外壳材质 铝/ABS+PC 电 源 电源：24VDC（±10%）；波纹电压：1Vpp; 耗电量：zui大22.5mA 环境温度 -40~80℃ 环境压力 -1~40bar 外壳防护 IP68 雷达料位计是利用回波测距原理。发射天线向被测目标发射微波，被测目标的微波被接收天线接收，信号处理器将发射信号与接收信号比较，计算出被测距离，并可算出相应的物位值。　　微波脉冲来回传播时间t由下式决定：　　t= (1) 　　式中a—天线到被测目标的距离　　c—微波传播的速度（光速）　　由于微波在传播途径上有衰减和干扰反射，故测量的关键是要能接收到反射回波，并识别出有效回波。接收的回波能量Pk可用简化的雷达方程表示如下：　　Pk=Pτx C x GiGtGr/r4 (2) 　　式中： Pτ—天线辐射功率　　C --- 经验系数，由经验决定　　Gi--- 由目标表面介电特性及面积决定的反射增益　　Gt，Gr—天线发射和接收效率　　r—天线与目标间的距离　　从式（2）知：接收的回波能量大小与天线的发射和接收效率以及天线辐射功率有关，故雷达料位计的天线设计和形状很关键关键，现有的天线除号角天线（喇叭口）和棒状天线外，还有平面天线和抛物面天线，为用于介电常数较小的物料，将缆绳作为天线或安装导波管，缆绳和导波管一直延伸到库或仓底，由此来传递发送和接收的电磁波，增强了回波的信号。　　从式（2）还知：接收的回波能量大小与物料表面的介电特性有关，介电常数ε高，反射率高，得到的回波强度也高；介电常数ε低，物料会吸收部分微波的能量，回波强度也较低。通常要求被测物料的介电常数ε：液体为ε>1.8固体ε>2.5， 水泥厂固体ε>2.5，水泥的介电常数ε为3。　　在水泥工厂，各种固体物料储存在库或仓里，都存在物料的安息角，回波反射也会象超声波一样存在漫反射，产生干扰回波和假回波，通过软件可排除干扰回波和假回波，但有效回波强度会减少很多，故设计选型时，要考虑衰减，选量程要留有一定的余量。　　三 雷达料位计的选型　　1．脉冲型和调频连续波雷达　　用于测物位的雷达料位计通常分为两类：脉冲型雷达(Pulse)和调频连续波雷达（FMCW）。在过程监测场合主要选用脉冲型雷达，由于其频率较低（6.3GHz），并且在天线结构设计时充分考虑了冷凝、积料等影响，还能利用超声波料位计中的回波信号处理，在有搅拌器等复杂工况中也能识别有效回波，价格相对也较便宜，故在水泥行业中主要采用了以VEGA公司为代表的VEGAPULS型脉冲型雷达和E+H的Micropilot M FMR型，调频连续波雷达由于发射功率大，量程大，价格也有较大下降，而且可靠性高，故zui近在水泥行业已较多采用了以SIEMENS公司为代表的LR型调频连续波雷达。　　2．颗粒状物料的选型　　在水泥厂原料大多是颗粒状物料，少数是块料，如石灰石、原煤、页岩等，其半成品熟料也是颗粒状物料，储存在库或仓里，都存在物料的安息角，但也有反射介面。根据入料和卸料所形成的物料安息角和表面情况，在确定有效量程后，建议采用非接触型的雷达料位计，即带有棒形或号角形天线的料位计。如用接触型的雷达料位计，会产生对缆绳较大的下拉力，造成事故。根据水泥厂信息反馈，号角形天线的料位计回波更强，精确度更高（±0.2~±1% F.S）,常用型号为PULS54或SITRANS LR400。 　　3．粉状物料的选型　　在水泥厂和粉磨站水泥库一般有4~8个，在水泥厂还有生料均化库和粉煤灰库，这些物料全是粉料，非常难测其料位。在库里的粉料表面非常疏松，微波反射相当困难，为此建议采用接触型雷达料位计,也可选用大的法兰的带有号角天线的非接触型雷达料位计，较典型的产品有VEGA-FLEX52K和E+H的FMP40缆式雷达料位计，它实际上是把缆绳既当天线又作导波管，合二为一，微波脉冲从探头发出后沿缆绳传播，当脉冲遇到物料表面时会被反射回来，其量程可达35m，被测物料的介电常数εzui低为1.6,另外缆绳的耐磨和忍受的zui大下拉力，能满足水泥厂各类粉料库的检测要求。目前已有许多水泥厂用缆式雷达料位计测量水泥库和粉煤灰库的料位，取得较好的效果，如海螺荻港、浙江三狮、陕西耀县、甘肃祁连山等水泥厂。由于均化库的工况复杂，建议采用VEGA-PULS68或西门子的产品，型号为SITRANS LR400，24GHz，量程zui大为45m，四线制。　　4．二线制　　目前使用的雷达料位计大多是一体化的产品，由二线制供电，可直接接控制系统的模块，输出4~20mA的模拟信号，可节省大量电缆；同时还提供HART数字信号和各种协议的现场总线的数字通信功能，和计算机监控系统连接非常方便，既可在现场调试；也可用PC 机在控制室调试，如组成FCS系统还可在操作员站调试。　　四． 结论　　水泥厂的物位测量是水泥生产线自动化系统一个重要组成部分，雷达料位计的应用解除了人们对水泥厂的物位测量的疑虑，现有雷达料位计在品种、精确度、标准材料、耐压、耐高温、专业等方面都能满足水泥厂检测和控制的要求。