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雷达与超声波:非接触式液位测量技术比较
发布时间:2019-12-04
雷达与超声波:非接触式液位测量技术比较
 对于非接触式连续物位测量,雷达和超声波是非常常用的两种技术。两种技术都用于整个行业的相似应用,并且两种类型的设备都使用相似的原理进行物位测量。但是,每种技术在不同的应用程序中都有不同程度的成功。
 
本文将比较和对比用于超声波和液位测量的80 GHz雷达液位计。用户在选择液位测量技术时必须考虑许多变量,本文将讨论每种技术相对于其中几种的性能。
 
技术如何运作
雷达和超声波仪器的操作类似。它们都面向下,发出从产品表面反射的信号,并且传感器电子设备使用飞行时间来计算测量值。每种技术使用的信号的类型和形状就是它们开始出现分歧的地方。所有雷达,包括80 GHz雷达液位计,都会发射无线电微波,而超声波发射器则使用声波。
 
雷达
 
雷达微波是电磁波,这意味着信号不需要介质-它可以在真空中传播。这就是为什么雷达信号不受过程条件(如温度和压力)影响的原因。这使雷达技术成为跨行业和应用的多功能液位测量技术。
 
使用更高80 GHz频率的非常新雷达液位计的波束角非常窄-小至3.6?。雷达信号的大部分能量都集中在一个较小的区域,这使雷达可以避免船内的内部障碍物,混合器或搅拌器。雷达光束的出色聚焦还可以非常大程度地减少在船内反弹的任何其他“噪声”或不必要的反射。
 
超音波
 
超声波传感器的声波是机械波,这意味着它需要一种介质来传播,并且在大多数情况下,该介质是容器中的大气或空气。信号的速度取决于其传播的环境。声波以不同的速度传播,具体取决于空气温度,压力,密度和气体成分。如果这些属性中的任何一个在过程中发生变化,都可能导致测量错误,这就是为什么超声波传感器更适合在条件几乎没有变化的过程中进行简单液位测量的原因。
 
超声波信号的工作频率范围为30 kHz至240 kHz 。与雷达不同,频率更多地是测量范围的函数,低频用于测量更长的距离,而高频用于测量小距离。一些超声波传感器可以将大多数信号聚焦到4或5?的波束角,但是由于声波的形状,超声波传感器更有可能接收来自血管内部的有害反射。
 
船只尺寸及构造
要开始选择正确的液位测量传感器,用户必须了解其容器的形状,尺寸和材料。这样可以更好地理解传感器所需的测量。它还可以确定如何以及在何处安装传感器以获得准确,可靠的液位测量。
 
传统上,雷达液位计已用于较大水箱中的较长距离的液位测量,而超声波传感器具有较短的距离。但是,随着技术的发展,这些约定已经开始消失。超声波传感器在小于6英寸的异常小尺寸范围内仍然更加准确。但是,对于大多数小型船舶而言,当今的80 GHz雷达液位计的性能与超声波传感器相当。此外,这些新型传感器的天线较小,并且具有相应的小型过程配件,使其适合于这些小型储罐。
 
在具有较长测量范围的大型储罐中,雷达和超声波传感器均表现良好。但是,使用超声波传感器时,用户应该准备权衡。用于远距离的低频超声传感器通常需要在水箱顶部有较大的开口。另外,所有超声波传感器都有一个近区或“死区”,这实际上是传感器附近无法进行测量的盲点。远程超声波传感器的附近区域可能超过三英尺,而雷达液位计使用户能够一直测量到储罐顶部。
 
储罐或容器的结构也可以影响选择技术的因素,因为这可以影响传感器的安装方式。雷达信号可以穿透非导电材料,例如聚乙烯,玻璃纤维和玻璃。这使雷达液位计可以通过塑料容器或观察镜进行测量。超声波传感器将需要新的过程连接,而雷达可以简单地安装在船只上方并以非侵入方式进行相同的测量。
 
工艺条件
每个过程都面临着获得准确的液位测量的挑战。稳定,可预测的条件是过程工业中的奢侈品。变化的温度,泡沫,产品的反射率,灰尘,结露,积聚和噪音只是获得准确的液位测量的一些潜在障碍。用户可以根据自己的任务找到非常佳技术。
 气体类型速度
温度
 
雷达液位传感器不受温度变化的影响,而超声波传感器的精度可能会发生巨大变化。为了解决这个问题,超声换能器具有测量换能器温度的能力。但是,如果换能器温度与产品表面附近的空气空间有很大差异,则液位测量将关闭。
 
气体成分
 
与温度相似,传感器和液体表面之间的气体成分也会影响超声传感器的声波。声音的速度因气体类型而异,可能导致测量误差。酸和溶剂产生的蒸汽尤其容易受到影响,并且会极大地影响超声设备的精度。另一方面,无论空域如何,雷达微波都以相同的速度传播,因此测量结果将保持不变。
 
泡沫
 
泡沫是任何非接触式液位测量技术的另一个普遍障碍,因为泡沫会吸收微波和声波。完全吸收的情况很少见,在那些极端情况下,导波雷达是用户非常好的选择。在大多数使用轻度泡沫的应用中,80 GHz雷达可以通过泡沫进行测量,就好像它还没有在泡沫中一样。许多超声制造商对于同一应用将需要立管。
 
产品反射率
 
雷达液位计具有很高的灵敏度,甚至可以测量反射率非常高的产品。以前的雷达液位计无法测量的液体和材料现在可以提供足够强的信号,以提供准确,可靠的液位测量。与雷达的电磁波不同,尽管具有反射特性,超声波的机械波仍会在大多数表面反射。
 
灰尘,冷凝水和堆积
 
用户很少会在同一应用中发现灰尘,冷凝水和堆积物,但是这三者对超声波传感器的影响相似。超声波传感器发出的声波需要一种介质才能将能量从一个地方传输到另一个地方。空气中的灰尘为能量传输提供了物理屏障,从而削弱了返回信号的幅度。由于冷凝或积聚,换能器膜片在振动以产生信号时充当介质。冷凝或积聚会从一开始就抑制信号。但是,某些低频超声波传感器更适合处理这些情况,因为机械波会振动传感器表面,使其没有水滴或积聚。
 
雷达液位计不受灰尘,凝结和堆积的影响。雷达液位计中的精密灵敏度软件会忽略返回到传感器的任何信号过快,从而消除了由于凝结和大部分堆积而导致错误的高电平的可能性。至于空气中的尘埃,尘埃颗粒的大小为0.5至1.0微米,太小而无法影响波长为3.5至4毫米的雷达微波。这意味着雷达能够在非常尘土飞扬的环境中的填充和清空周期中继续进行测量。这使雷达能够在任何有灰尘,结露或积聚的应用中准确进行物位测量。
 
噪声
 
在散装固体应用和筒仓内部,由于掉落的材料会产生震耳欲聋的环境,通常会产生大声噪音。巨大的噪声会产生其他声波,并且取决于超声波发射器的频率,这会干扰用于进行测量的声波。在填充,清空和嘈杂的过程中,这可能导致测量错误。由于雷达液位传感器使用无线电微波,因此噪声对测量没有影响。
 
结论
在大多数物位测量应用中,明智的选择是在超声波发射器上选择80 GHz雷达。这并不意味着超声波传感器*不会过时。超声波设备是一种经济高效的非接触式物位测量手段,但在变化或困难的环境中,可靠性或准确性不如前者。大多数行业在稳定的环境中没有固定产品的奢侈,这就是为什么80 GHz雷达液位计经常是非常合适的工具的原因。
 
 
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