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超声波液位计与雷达物位计异同详述
2018-02-06
电磁波的波段一般在范围3kHz~3000GHz内,波段较宽,而微波则是指频率为300MHz~300CHz的电磁波。在物位测量仪器仪表中,微波使用的频段约在4~30GHz之间,其中,波段为5.8GHz、10GHz、24GHz与5.8 GHz 的频率属于C波段微波;波段为10GHz的频率属于X波段微波;波段为24GHz的频率属于K波段微波。
与电磁波不同,声波属于机械波,频率范围在20Hz~20kHz之间。若声波的振动频率高于20kHz或低于20Hz时,属于人耳是无法识别的范畴,因此频率高于20kHz 的声波被称为“超声波”。
电磁波与声波不仅频率不同, 他们之间的原理也是不同的。对于声波而言,它的产生必须依靠物质振动,且在真空中不能传播;电磁波则是靠电子的振荡产生的,由于它本身就属于物质,因此传播不需要介质,而且可以在真空中传播。电磁波与声波的共同点是,当它们遇到不同的介质时都会发生折射、反射、绕射和散射及吸收等现象,超声波液位计与雷达物位计正是利用这种现象来测量物位距离的。
超声波液位计的工作理论实际上源于声纳技术。较早前的超声液位计利用液体导声,将超声波换能器,即探头,安装在料罐底部,使得超声波从底部发射,经过液体介质传播到其液面,然后被反射回换能器。这种将超声波液位计安装在料罐底部的测量方法虽然可行,但实用性很低,因为超声波在不同的被测介质中传播的速度也有所不同,测量数据难免会有偏差;且料罐底部安装探头的方法也有很大程度上的安装难度。因此,人类认识到超声波液位计利用空气作为导声介质的便捷性,开始逐渐将其安装在料罐顶部,大大的提升了其工作效率。
超声波液位计的声波信号是在不同声阻率(声阻率=物料密度X声速)的界面上完成反射的。由于空气和物料的密度不同,它们的声阻率也不同。但是,由于超声波是机械波,当在空气中传播时,其波长小于17mm,且传播速度受温度影响(如当温度为0℃ 时,声速为331.6m/s;当温度为20 ℃ 时,声速为 344m/s),因此,一款超声波液位计要成为一个应用广泛的成熟产品,必须拥有温度补偿技术。
计为Uson-11超声波液位计是一种经济型液位测量仪表,配有国际先进的温度补偿技术,且采用微处理器程序控制、智能信号处理技术以及特殊的回波处理方式,能够有效避免虚假回波。此外,整机防护等级高达IP66,测量结果准确、可靠。
与超声波液位计相比,雷达物位计的微波信号是在不同介电常数的分界面上完成反射的。介电常数是代表绝缘能力特性的系数,一般用ε表示,会随温度和介质中传播的电磁波的频率变化而变化。通常,介电常数越大,则对电荷的束缚能力越强;介电常数越小,则绝缘性愈好。
雷达物位计的微波信号以光速传播,速度几乎不受介质特性的影响,传播衰减也十分小,约为0.2dB/km。但是,回波信号的强弱与被测液面的反射情况息息相关。可以说,被测液面上的反射率除了与被测物料的面积和形状有关外,主要取决于物料的相对介电常数(εr)。若相对介电常数高,则反射率也高,得到的回波强;若相对介电常数低,则物料会吸收部分微波能量,回波弱。如今市面上大多数雷达液位的被测物料相对介电常数εr>4,但对于低介电常数的物料来说,就需要增设波导管来增强回波信号,或者只能选用测量下限为εr>2的高端型雷达。
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(深圳计为自动化技术有限公司研发中心2018年2月6日发布)
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