雷达波测量仪的工作原理是通过天线系统发射、接收极短的微波脉冲,将雷达波以光速传播,工作时间可由电子元件转换为物位信号,采用特殊的时间延展方法,可保证在极短的时间内对物位进行稳定、准确的测量。雷达物位计适用于液体、浆料和粒料的非接触连续物位测量,也可用于温度、压力变化大且易挥发惰性气体的测量。
高频雷达相对于低频雷达有如下优点:
高频雷达物位计(主要指26GHz和24GHz)具有能量高、波束角小(通常采用Φ95的喇叭天线,其波束角8o,而6GHz低频脉冲雷达则采用直径24GHz、波束角15o的喇叭天线),其天线尺寸小,精度高。
在26GHz和6GHz两个波长上分别测量了50mm和50mm的散料位置,在测量散料位置时,主要是通过散料表面的漫反射,散料尺寸与散料强度成正比,散料直径大部分小于50mm,因此26GHz是目前散料尺寸测量的最好选择。
对于某些直径较小、高度较低的小罐应用,6GHz雷达天线长度(300-400mm)无形中增加了盲区(约600mm),克服了6GHz雷达方向性差(角较大)导致的多径反射;26GHz雷达频率高频,天线短,方向性好,克服了6GHz雷达的缺点,适用于小罐测量。
因为现场环境恶劣,随着时间的推移,雷达天线会堆积污物、水汽等,26GHz天线体积小,加天线罩可以大大改善水汽的影响;6GHz雷达天线体积大,加天线罩很难。而且仪器比较重,清洗困难。
因为26GHz雷达的方向性好,许多恶劣的工作条件,可以通过简单的隔离,把雷达装在容器中进行测量。
目前,雷达物位计已成为市场上的主流产品,而低频雷达物位计虽然具有较低的价格优势,但在主要应用领域,都属于淘汰品。通过超声物位计的应用,为了得到较好的回波信号,传感器工作频率约为40KHz,波长约为9mm,此时发射波的开角为7°-8°。较高的工作频率,其开角较小,但测量范围较小;用超声波模拟,雷达物位计得到的回波具有上述效应,其工作频率应为26GHz,此时的波长为11mm。采用100mm口径口径时,可以得到7°-8°开角的发射波。如果雷达的工作频率是6GHz,那么与超声相同的工作频率就是10KHz。但工作频率为10kHz的超声物位计在测量固体料位时,其各项指标都很不理想,尤其不适合测量固体料位。
雷达物位计的局限性包括以下几个方面:
对雷达性能的影响是介电常数,在理论上,雷达在真空环境下的衰减极小,在空气中存在对雷达衰减物时,如含高介电粉体(石墨、铁合金等),水蒸气量大,测量距离和效果受到影响。
测量介质中的挥发性气体在天线上会聚集,水蒸气会聚集在天线上,这时,会影响雷达波的发射,严重时将无法发射出雷达波。
测量介质的介电常数不能太小。
虽然温度和压力对雷达的影响不大,但是雷达天线接收材料的限制,雷达适应温度和压力的使用范围与所用材料和密封结构有关。
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