雷达物位计在冶金行业的应用

一、概述：

物位测量的仪表在选型时，与压力或流量测量等仪表有很大不同。这是因为物位测量的现场情况千差万别，而生产商又很难设计出能满足所有工况应用的物位仪表。只有充分了解仪表特点及现场应用条件，才能正确选择所需要的产品，同时充分发挥仪表的测量性能。

在非接触式物位测量仪表中，一般有超声波物位计和雷达物位计两种，而后者占有主要的地位. 这是因为雷达技术的应用近年来获得了快速发展. 雷达物位计中高频头和天线是眼睛，回波处理是物位计的大脑。雷达物位计发出的电磁波遇到被测介质被反射，反射回波的质量反映了物位计应用效果。回波质量定义为最小回波幅度(在最恶劣条件下回波幅度)与最大噪声幅度(虚假回波、多径反射波等的幅度)之比。回波质量数值越大，物位计测量效果越好。

雷达物位计的回波质量主要受以下因素影响:

1.传播介质的介电常数，该常数越稳定越有利于传播。雷达波是电磁波，电磁波在传播过程中不受传播介质稳定程度的影响，只与其介电常数有关。这是雷达技术与超声波技术的重大区别。

2.被测介质表面状况，表面越平整，其介电常数越大，则越有利于回波反射。

所以考虑现场情况时，应特别注意这两个方面：

1.天线到被测介质间空气介电常数的分布。

2.被测介质的表面状态及其介电常数。

雷达物位计的优点是：不受空气波动影响，随距离衰减小，穿透力强。

同时雷达物位计也存在一定的局限性;

其一，影响雷达物位计的性能是介电常数，在真空中雷达衰减极小，当空气中存在影响雷达衰减的物质时，例如：含高介电性的粉尘粉末(石墨，铁合金等)，水蒸气等，其测量距离和效果都会受到影响。

其二，如果被测介质的挥发气体在天线上聚集，或水蒸汽在天线上聚结，此时，就会影响雷达波发射，严重时可导致雷达波不能发出。

其三，被测介质的介电常数不能太小。

其四，尽管温度和压力对雷达影响极小，但由于雷达天线是由不同材料做成，雷达物位计可适应温度和压力的范围取决于其天线所使用的材料，以及物位计本身的密封结构。

在超声波物位计的应用中，要获得比较好的回波，换能器工作频率大约 40KHz，波长大约 9mm，这时发射波的开角为7°-8°。工作频率越高，其开角越小，量程相对也较小。与超声波物位计相比，雷达物位计要获得上述效果的回波，其工作频率应为 26GHz，此时，其波长为 11mm。当用口径为 100mm的喇叭时，可获得 7°-8°开角的发射波。如果雷达物位计的工作频率为 6GHz，则相当于超声波的工作频率为 10KHz。而工作频率为 10kHz的超声波物位计在物位测量中各项指标都很不理想，不适于固体料位的测量。

二、雷达物位计的种类及应用：

雷达物位计目前已成为市场上的主流产品，主要分为脉冲雷达物位计和导波雷达物位计。低频脉冲雷达物位计尽管具有价格相对低廉的优点，但在主要应用领域中，属于逐渐被淘汰的产品。

与低频脉冲雷达物位计相比，高频脉冲雷达物位计在应用过程中有以下优点：

1.高频雷达物位计(主要指 26GHz和 24GHz)具有能量高，波束角小，天线尺寸小，精度高等优点。

2.26GHz雷达波长 11mm，6GHz雷达波长 50mm，雷达物位计在测量散装料位时，雷达波反射主要来自料面的漫反射，漫反射的强度与物料大小成正比，与波长成反比，而大部份散装料直径远远小于 50mm，这就是目前 26GHz雷达是测量散装料物位最佳选择的原因。

3.在一些直径小而高度并不是很高的小型罐的应用中， 6GHz雷达天线长(300-400mm)无形中增大了盲区(大约 600mm)，另外由于6GHz雷达方向性差(开角大)在小罐中会产生多径反射;而26GHz雷达频率高，天线短，方向性好，克服了6GHz雷达的缺点，适用于小罐测量。

4.由于现场环境恶劣，随着时间推移，雷达天线会堆积污物、水汽等， 26GHz雷达天线小，附加天线罩可大大改善因污物、水汽造成的影响; 6GHz雷达天线大，加天线罩很困难。且仪表较沉重，清理困难。

5.由于 26GHz雷达方向性好，很多恶劣工况，可通过简单隔离，将雷达物位计装在容器外进行测量。

冶金行业的工况相当复杂，各个工序的对于物位测量的要求均不相同：同时测量介质的性质;测量介质的温度、压力;防爆、防护等级;测量环境有无粉尘、蒸汽和泡沫;容器罐、池、料仓、料库的几何尺寸及安装位置都会对所使用的仪表有不同要求。因此，仪表选型前必须对使用的工况环境做认真、详细了解和分析，必要的情况下要到使用现场做实地勘查，才能保证获得最佳的使用效果。

在选择雷达物位计时首先要考虑天线材质和频率的不同。其频率主要有 6GHz和 26GHz两种; 但6GHz雷达物位计已经属于淘汰产品，应用时尽量选用 26GHz高频雷达物位计。26GHz高频雷达物位计的天线种类很多，各有特点： LM-RD-55型高频雷达物位计的天线，是全四氟(PTFE)密封天线，适合工况较好(测距短，液面稳定)的液体，腐蚀性液体。少量的挥发物对天线只造成轻微污染。一般应用在水处理车间的LM-RD-55型高频雷达物位计，安装位置为循环水工序中间水箱上，因水箱内泡沫较多，而且大多数为露天室外安装。

LM-RD-56、58、59型高频雷达物位计的天线分以下不同种类：

1.不绣钢喇叭天线，适合较干净没有挥发物的工况。

2.不绣钢喇叭加 PTFE罩天线，适合有挥发物，粉尘的工况。

3.全朔料天线带 PTFE罩天线，适合有挥发物，粉尘，凝结的工况。

4.不绣钢喇叭带吹扫天线，经压缩空气做吹扫风，适合对天线污染严重的工况。

5.加天线延长管和散热管，可用于超高温工况(如钢水)。比较适用于冶金行业转炉、高炉上料仓位，原料仓，如果现场工况粉尘比较大，矿粉中又存在水汽，使用时尽量选用LM-RD-58/59型高频雷达物位计。