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超聲波液位計(jì)和雷達(dá)物位計(jì)的區(qū)別及應(yīng)用

更新時(shí)間:2024-10-22      點(diǎn)擊次數(shù):828
  一、原理的區(qū)別
 
  超聲波液位計(jì)的原理
 
  我們一般把聲波頻率超過(guò)20kHz的聲波稱為超聲波,超聲波是機(jī)械波的一種,即是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的一種傳播過(guò)程,它的特征是頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小,另外方向性好,能夠成為射線而定向傳播。超聲波在液體、固體中衰減很小,因而穿透能力強(qiáng),尤其是在對(duì)光不透明的固體中,超聲波可穿透幾十米的長(zhǎng)度,碰到雜質(zhì)或界面就會(huì)有顯著的反射,超聲波測(cè)量物位就是利用了它的這一特征。
 
  在超聲波檢測(cè)技術(shù)中,不管那種超聲波儀器,都必須把電能轉(zhuǎn)換超聲波發(fā)射出去,再接收回來(lái)變換成電信號(hào),完成這項(xiàng)功能的裝置就叫超聲波換能器,也稱探頭。將超聲波換能器置于被測(cè)液體上方,向下發(fā)射超聲波,超聲波穿過(guò)空氣介質(zhì),在遇到水面時(shí)被反射回來(lái),又被換能器所接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào),電子檢測(cè)部分檢測(cè)到這一信號(hào)后將其變成液位信號(hào)進(jìn)行顯示并輸出。
 
  由超聲波在介質(zhì)中傳播原理可知,若介質(zhì)壓力、溫度、密度、濕度等條件一定,則超聲波在該介質(zhì)中傳播速度是一個(gè)常數(shù)。因此,當(dāng)測(cè)出超聲波由發(fā)射到遇到液面反射被接收所需要的時(shí)間,則可換算出超聲波通過(guò)的路程,即得到了液位的數(shù)據(jù)。
 
  雷達(dá)物位計(jì)的原理
 
  雷達(dá)物位計(jì)采用發(fā)射—反射—接收的工作模式。雷達(dá)物位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波,雷達(dá)波以光速運(yùn)行。這些波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后,再被天線接收,電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比,關(guān)系式如下:
 
  D=CT/2
 
  式中  D——雷達(dá)物位計(jì)到液面的距離
 
           C——光速
 
           T——電磁波運(yùn)行時(shí)間
 
  雷達(dá)物位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時(shí)間,而電磁波的傳輸速度為常數(shù),則可算出液面到雷達(dá)天線的距離,從而知道液面的液位。
 
  在實(shí)際運(yùn)用中,雷達(dá)物位計(jì)有兩種方式即調(diào)頻連續(xù)波式和脈沖波式。采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的液位計(jì),功耗大,須采用四線制,電子電路復(fù)雜。而采用雷達(dá)脈沖波技術(shù)的液位計(jì),功耗低,可用二線制的24VDC供電,容易實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全,精確度高,適用范圍更廣。
 
  超聲波用的是聲波,雷達(dá)用的是電磁波,這是雷達(dá)與超聲波的區(qū)別。
 
  雷達(dá)是鑒于被測(cè)物質(zhì)的介電常數(shù)的;超聲波是鑒于被測(cè)物質(zhì)的密度的。
 
  二、主要應(yīng)用場(chǎng)合的區(qū)別
 
  由于超聲波和雷達(dá)測(cè)量原理的不同,從而導(dǎo)致他們的運(yùn)用場(chǎng)合的不同。雷達(dá)是鑒于被測(cè)物質(zhì)的介電常數(shù)的,而超聲波是鑒于被測(cè)物質(zhì)的密度的。所以介電常數(shù)很低的物質(zhì)雷達(dá)的測(cè)量效果就要打折扣,對(duì)于固體物質(zhì)一般也推薦用超聲波。雷達(dá)發(fā)射的是電磁波,不需要傳播媒介,而超聲波是聲波,是一種機(jī)械波,是需要傳播媒介的。另外波的發(fā)射方式元件不同,如超聲波是通過(guò)壓電物質(zhì)的振動(dòng)來(lái)發(fā)射的,所以它不可能用在壓力較高或負(fù)壓的場(chǎng)合,一般只用在常壓容器。而雷達(dá)可以用在高壓的過(guò)程罐。雷達(dá)的發(fā)射角度比超聲波大,在小容器或瘦長(zhǎng)的容器不推薦用非接觸式雷達(dá),一般推薦導(dǎo)波雷達(dá)。最后就是精度的問(wèn)題,當(dāng)然了,雷達(dá)的精度肯定比超聲波高,在儲(chǔ)罐上肯定是用高精度雷達(dá)的,而不會(huì)選超聲波。至于價(jià)格方面,一般情況下超聲波比雷達(dá)低,當(dāng)然一些大量程的超聲波價(jià)格也是很高的。
 
  聲波的傳輸是需要媒介的,所以在真空中就不能傳播。所以超聲波在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的局限性還是很大的,與雷達(dá)比起來(lái)多有不足。首先,超聲波物位計(jì)有溫度限制,一般探頭處溫度不能超過(guò)80度,并且聲波速度受溫度影響很大。其次,超聲波物位計(jì)受壓力影響很大,一般有求0.3MPa以內(nèi),因?yàn)槁暡ㄒ空駝?dòng)來(lái)發(fā)出,壓力太大時(shí)發(fā)聲部件會(huì)受影響。第三,當(dāng)測(cè)量環(huán)境中霧氣或粉塵很大時(shí)將不能很好的測(cè)量。凡此種種,都限制了超聲波物位計(jì)的應(yīng)用。與之相比,雷達(dá)的是電磁波,不受真空度影響,對(duì)介質(zhì)溫度壓力的適用范圍又很寬,隨著高頻雷達(dá)的出現(xiàn),其應(yīng)用范圍就更加廣泛了,所以在物位測(cè)量中,雷達(dá)是一個(gè)非常好的選擇。
 
  綜上所述,超聲波液位計(jì)和雷達(dá)物位計(jì)的區(qū)別見(jiàn)下表

 
 

超聲波液位計(jì)

雷達(dá)物位計(jì)

原理

路程=速度*時(shí)間

路程=速度*時(shí)間

發(fā)射波

聲波

電磁波

發(fā)射角

較大

較小

介質(zhì)要求

介質(zhì)密度

介質(zhì)介電常數(shù)

精度

量程

溫度

-40~80

-40~300

壓力

0~0.3MPA

-0.1~4MPA

測(cè)量環(huán)境

只能在純凈的空氣中傳播

無(wú)限制

價(jià)格

 

 
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