《電子技術(shù)應(yīng)用》
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西門子導(dǎo)波雷達(dá)物位計在鋼鐵廠中的應(yīng)用
摘要： 所謂的雷達(dá)測量技術(shù)包含兩種：微波雷達(dá)(非接觸式)以及導(dǎo)波雷達(dá),，其中微波雷達(dá)技術(shù)隨著成本的降低和在諸多苛刻工況應(yīng)用中的優(yōu)異測量效果得到廣大用戶的認(rèn)可,，但這并不意味著微波雷達(dá)技術(shù)就是一種萬能的測量技術(shù)，可以測量所有的介質(zhì),；相對而言,，全新的導(dǎo)波雷達(dá)技術(shù)(Guide Wave Radar)恰恰彌補(bǔ)了微波雷達(dá)的不足之處,。
Abstract：
Key words :

1. 概述
 
　　在科技日新月異的今天，物位測量技術(shù)已經(jīng)從最初的重錘,、投尺等傳統(tǒng)的機(jī)械式測量方式發(fā)展為包含

雷達(dá),、核輻射等高技術(shù)含量的測量技術(shù)，覆蓋了工業(yè)生產(chǎn)中的絕大多數(shù)物位測量需求,，核輻射技術(shù)因?yàn)槠?/div>
特殊性,，應(yīng)用范圍有其局限性，在此不作贅述,，而原先由軍用雷達(dá)發(fā)展而來的雷達(dá)物位測量技術(shù)正日益成
為物位測量的主流趨勢,。
 
　　所謂的雷達(dá)測量技術(shù)包含兩種：微波雷達(dá)(非接觸式)以及導(dǎo)波雷達(dá)，其中微波雷達(dá)技術(shù)隨著成本的降
低和在諸多苛刻工況應(yīng)用中的優(yōu)異測量效果得到廣大用戶的認(rèn)可,，但這并不意味著微波雷達(dá)技術(shù)就是一種
萬能的測量技術(shù),，可以測量所有的介質(zhì)；相對而言,，全新的導(dǎo)波雷達(dá)技術(shù)(Guide Wave Radar)恰恰彌補(bǔ)了
微波雷達(dá)的不足之處,。
　　2. 雷達(dá)技術(shù)比較及導(dǎo)波雷達(dá)的原理　　
　　顧名思義，微波雷達(dá)物位計指通過空間發(fā)射,、傳播和接收電磁微波的物位測量儀表,，導(dǎo)波雷達(dá)則是通
過某一種形式的波導(dǎo)體來傳導(dǎo)、發(fā)射和接收電磁微波的,、物位測量儀表,。
 
　　微波雷達(dá)儀表測量物位具有以下優(yōu)點(diǎn)：
 
　　1、不與介質(zhì)接觸,；
 
　　2,、高頻電磁波信號易于長距離傳送，可測大量程,；
 
　　3,、不受空間氣相條件變化的影響
 
　　 微波雷達(dá)通過發(fā)射和接收高頻(GHz)級電磁波，計算電磁波達(dá)到物位表面并反射回到接收天線的時間
來進(jìn)行物位測量,，而電磁能量的傳送不易受到傳播空間性質(zhì)的局限性,，它可以在高/低壓(真空)或具有汽
化介質(zhì)的條件下傳播，并且氣體的波動亦不影響電磁波的傳播,。
　　 普通微波雷達(dá)物位測量儀表天線的輻射能約為1mW,，是一種微弱的信號，當(dāng)這種信號在空氣中傳播時
,，能量衰減較快,，當(dāng)微波信號到達(dá)物位表面并反射時，信號強(qiáng)度也就是振幅，與介質(zhì)的介電常數(shù)有直接關(guān)
系,，介電常數(shù)非常低的非導(dǎo)電類介質(zhì),，如烴類液體，反射回來的信號非常弱,，這種被削弱的信號在返回至
安裝于罐頂部的接收天線的途中,，能量又進(jìn)一步衰減，微波雷達(dá)物位計接收到的返回信號能量大致只有發(fā)
出信號能量的1% !當(dāng)用于上述條件介質(zhì),，接觸式微波雷達(dá)物位儀表的性能指標(biāo)會有所降低甚至無法正常使
用。
　　 為了彌補(bǔ)接觸式雷達(dá)物位計的這些不足之處,，導(dǎo)波雷達(dá)物位儀表應(yīng)運(yùn)而生,，導(dǎo)波雷達(dá)的工作原理與
前述雷達(dá)非常相似，GWR的基礎(chǔ)是電磁波的時域反射性TDR(Time Domain Refectory)和ETS 等時采樣原理
,。多年來TDR一直被用于檢測發(fā)現(xiàn)埋地電纜和墻內(nèi)埋設(shè)電纜的斷頭,。
　　 測電纜斷頭時，TDR發(fā)生器發(fā)出的電磁脈沖信號沿電纜傳播,，到達(dá)斷頭處就會產(chǎn)生測量反射脈沖,；
TDR發(fā)生器每秒中產(chǎn)生數(shù)十萬個能量脈沖沿波導(dǎo)體傳導(dǎo)，當(dāng)?shù)竭_(dá)介質(zhì)表面時,，產(chǎn)生一個物位反射原始脈沖
,；與此同時在探頭的頂部預(yù)設(shè)一個定值阻抗，用以產(chǎn)生一個可靠的基準(zhǔn)脈沖,，該脈沖又稱為基線反射脈沖
,。雷達(dá)物位計檢查到物位反射原始脈沖，并與基線反射脈沖相比較,，從而得到物位測量的數(shù)值,，這就是導(dǎo)
波雷達(dá)物位儀表的工作過程。
　　 同時,，在接收器中預(yù)先設(shè)定的與電纜總長度相應(yīng)的阻抗變化也引發(fā)出一個基準(zhǔn)脈沖,，將反射脈沖與
基準(zhǔn)脈沖相比較，可精確定位斷頭的位置,。將該原理用于物位測量時,，ETS等時采樣原理用于測量高速、
低功率的電磁信號,，是基于TDR 的液位測量技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵,。眾所周知，高速的電磁信號短距離的測量是
很困難的,，ETS實(shí)時捕捉電磁信號(UIS),，并且在等值的時間里重新構(gòu)造它們，以利于更好使用先進(jìn)的技術(shù)
測量。
　　 物位測量技術(shù)發(fā)展到今日,，已出現(xiàn)許多種成熟可靠的物位測量儀表,，以其不同的性能和特定的適用
范圍在不同條件的液位測量中發(fā)揮著重要的作用：壓力/壓差測量液位法；射頻導(dǎo)納/電容液位計,；超聲波
液位計和浮筒液位計等都已在工業(yè)上有了數(shù)十年的成功使用經(jīng)驗(yàn),，但導(dǎo)波雷達(dá)液位計以其具有明顯的使用
優(yōu)點(diǎn)及性能更加引起大家的關(guān)注：
　　1) 能耗低。GWR輸出到波導(dǎo)探頭的信號能量小,，約為非接觸式雷達(dá)發(fā)射能量的10%,。這是因?yàn)椴▽?dǎo)體
為信號至介質(zhì)表面?zhèn)鞑ヌ峁┮粭l快捷高效的通道，信號的衰減保持在最小程度,。
　　2) 能量強(qiáng),。由于信號在波導(dǎo)體中傳輸不受液面波動和儲罐中的障礙物等的影響，因而儀表所接收到
的返回信號能量相應(yīng)較強(qiáng),，約為所發(fā)射能量的20%,。
　　3)  范圍廣?；谏弦惶匦?，對于低介電常數(shù)的介質(zhì)導(dǎo)波雷達(dá)擁有令人滿意的表現(xiàn)，以西門子LG200
產(chǎn)品為例,，其可測的最低介電常數(shù)竟為1.4!　
 
　　4) 介電常數(shù)的變化對測量性能無影響,。信號自烴類(介電常數(shù)2~3)液體表面或水(介電常數(shù)80)反射的
時間一樣，不同的只是信號幅度的差別,，微波雷達(dá)需考慮介質(zhì)進(jìn)而經(jīng)過篩選才可得到準(zhǔn)確測量值,，假定接
收信號強(qiáng)度改變，信號的篩選就會受到影響,；導(dǎo)波雷達(dá)由于能量集中可避開諸多干擾則無此顧慮,。
 
　　5) 密度的變化對測量無影響。介質(zhì)密度的變化影響浸沒于介質(zhì)中物體所受到的浮力,，但不影響電磁
波在波導(dǎo)體中的傳播,。
 
　　6) 介質(zhì)在探桿/纜上的掛料對物位測量的影響極小。掛料有兩種：膜狀和搭橋,，膜狀掛料是在料位下
降時,，高黏度介質(zhì)在探頭上形成的一層覆蓋，這種掛料在探桿上分布均勻,，因此對測量基本無影響,；但搭
橋掛料的形成卻能導(dǎo)致明顯的測量誤差，因此在選用雙桿/纜式導(dǎo)體時,，需要謹(jǐn)慎小心,，充分考慮到介質(zhì)
的黏度!
 
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