雷達液位計的測量原理及優(yōu)點特性
雷達液位計主要由雷達探測器(一次表)和雷達顯示儀(二次表)組成。雷達探測器主要由主體、連接法蘭和天線三部分組成。天線分為喇叭型和直接與波導管連接兩種形式。雷達顯示儀提供連接上位計算機的RS-485接口,可以傳遞液位等參數(shù)及報警信號,亦可通過上位計算機對智能雷達顯示儀進行控制。
雷達探測器采用的是線性調(diào)頻連續(xù)波測距原理:天線發(fā)射的微波是頻率波線性調(diào)制的連續(xù)波,當回波被天線接收到時,天線發(fā)射頻率已經(jīng)改變。根據(jù)回波與發(fā)射波的頻率差可以計算出物料面的距離。FMCW方式測量線路較復雜,從而測量度較高,同時干擾回波也較易去除,一般用于較的測量方案。雷達探測器的主體中包括微波信號源、信號處理部分。工作過程中,微波信號源輸出一個波幅恒定的線性調(diào)頻的微波信號,其產(chǎn)生的頻率輸出發(fā)射頻率隨時間線性增加,增加的斜率為k,當發(fā)射出去的連續(xù)波遇到液面發(fā)射時,發(fā)射回來的信號比發(fā)射信號滯后了一定時間τ。
根據(jù)微波傳播原理知道:
τ=2R/C (1)
式中C是微波在空間中的傳播速度3×108km/s,R是液面距雷達液位儀的距離。
由于回波信號頻率的滯后,使得反射頻率與發(fā)射信號頻率之間的差頻為:
f=kτ (2)
將以上兩式合并后可以得到:
R=C×f/2k
顯然R與f是成正比的,反射液面離液位儀的距離越遠所產(chǎn)生的差頻頻率f越大,因此可計算天線到反射面的距離。
信號處理部分則對回波信號與發(fā)射信號的混合信號進行處理,通過測量混合信號頻譜,用快速傅立葉變換(FFT)來計算混合信號,從中對混合信號頻譜進行分析,排除掉干擾信號,然后確定天線到反射界面的距離,從而完成測量。
優(yōu)點特性
雷達液位計采用非接觸式測量方法。非接觸式測量方法是今年來測量物位的主要方法,目前較成熟的非接觸測量技術(shù)有超聲波、核輻射和微波。而在化工、石化等過程工業(yè)領(lǐng)域,由于被測介質(zhì)普遍存在高溫、高壓、腐蝕、揮發(fā)、冷凝等復雜工況,且對測量儀表有防爆要求。相比與超聲波,微波傳播的自身特點決定了雷達液位計的使用優(yōu)勢:
1) 定向傳播。
2) 準光學特性。
3) 傳輸特性好。
4) 介質(zhì)對微波吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例。
由其自身特性決定,雷達液位計在使用上具有以下優(yōu)勢:
1) 連續(xù)準確測量:由于雷達液位計不與被測介質(zhì)接觸,且受溫度、壓力、氣體等影響非常小。
2) 維護方便,操作簡單:雷達液位計具有故障報警及自診斷功能。
3) 適用范圍廣:非接觸式測量,方向性好,傳輸損耗小,可測介質(zhì)多。
4) 安裝簡單:在各行業(yè)應用中,雷達液位計可直接安裝到儲罐頂部,安裝十分簡單。