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80GHz雷達與超聲波:非接觸式液位測量技術比較

80GHz雷達與超聲波:非接觸式液位測量技術比較

時間:2019-11-18 10:43:58

 對于非接觸式連續物位測量,雷達和超聲波是非常常用的兩種技術。兩種技術都用于整個行業的相似應用,并且兩種類型的設備都使用相似的原理進行物位測量。但是,每種技術在不同的應用程序中都有不同程度的成功。uSg壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
本文將比較和對比用于超聲波和液位測量的80 GHz雷達液位計。用戶在選擇液位測量技術時必須考慮許多變量,本文將討論每種技術相對于其中幾種的性能。
 
技術如何運作
雷達和超聲波儀器的操作類似。它們都面向下,發出從產品表面反射的信號,并且傳感器電子設備使用飛行時間來計算測量值。每種技術使用的信號的類型和形狀就是它們開始出現分歧的地方。所有雷達,包括80 GHz雷達液位計,都會發射無線電微波,而超聲波發射器則使用聲波。
 
雷達
 
雷達微波是電磁波,這意味著信號不需要介質-它可以在真空中傳播。這就是為什么雷達信號不受過程條件(如溫度和壓力)影響的原因。這使雷達技術成為跨行業和應用的多功能液位測量技術。
 
使用更高80 GHz頻率的非常新雷達液位計的波束角非常窄-小至3.6˚。雷達信號的大部分能量都集中在一個較小的區域,這使雷達可以避免船內的內部障礙物,混合器或攪拌器。雷達光束的出色聚焦還可以非常大程度地減少在船內反彈的任何其他“噪聲”或不必要的反射。
 
超音波
 
超聲波傳感器的聲波是機械波,這意味著它需要一種介質來傳播,并且在大多數情況下,該介質是容器中的大氣或空氣。信號的速度取決于其傳播的環境。聲波以不同的速度傳播,具體取決于空氣溫度,壓力,密度和氣體成分。如果這些屬性中的任何一個在過程中發生變化,都可能導致測量錯誤,這就是為什么超聲波傳感器更適合在條件幾乎沒有變化的過程中進行簡單液位測量的原因。
 
超聲波信號的工作頻率范圍為30 kHz至240 kHz 。與雷達不同,頻率更多地是測量范圍的函數,低頻用于測量更長的距離,而高頻用于測量小距離。一些超聲波傳感器可以將大多數信號聚焦到4或5˚的波束角,但是由于聲波的形狀,超聲波傳感器更有可能接收來自血管內部的有害反射。
 
船只尺寸及構造
要開始選擇正確的液位測量傳感器,用戶必須了解其容器的形狀,尺寸和材料。這樣可以更好地理解傳感器所需的測量。它還可以確定如何以及在何處安裝傳感器以獲得準確,可靠的液位測量。
 
傳統上,雷達液位計已用于較大水箱中的較長距離的液位測量,而超聲波傳感器具有較短的距離。但是,隨著技術的發展,這些約定已經開始消失。超聲波傳感器在小于6英寸的異常小尺寸范圍內仍然更加準確。但是,對于大多數小型船舶而言,當今的80 GHz雷達液位計的性能與超聲波傳感器相當。此外,這些新型傳感器的天線較小,并且具有相應的小型過程配件,使其適合于這些小型儲罐。
 
在具有較長測量范圍的大型儲罐中,雷達和超聲波傳感器均表現良好。但是,使用超聲波傳感器時,用戶應該準備權衡。用于遠距離的低頻超聲傳感器通常需要在水箱頂部有較大的開口。另外,所有超聲波傳感器都有一個近區或“死區”,這實際上是傳感器附近無法進行測量的盲點。遠程超聲波傳感器的附近區域可能超過三英尺,而雷達液位計使用戶能夠一直測量到儲罐頂部。
 
儲罐或容器的結構也可以影響選擇技術的因素,因為這可以影響傳感器的安裝方式。雷達信號可以穿透非導電材料,例如聚乙烯,玻璃纖維和玻璃。這使雷達液位計可以通過塑料容器或觀察鏡進行測量。超聲波傳感器將需要新的過程連接,而雷達可以簡單地安裝在船只上方并以非侵入方式進行相同的測量。
 
工藝條件
每個過程都面臨著獲得準確的液位測量的挑戰。穩定,可預測的條件是過程工業中的奢侈品。變化的溫度,泡沫,產品的反射率,灰塵,結露,積聚和噪音只是獲得準確的液位測量的一些潛在障礙。用戶可以根據自己的任務找到非常佳技術。
 氣體類型速度
溫度
 
雷達液位傳感器不受溫度變化的影響,而超聲波傳感器的精度可能會發生巨大變化。為了解決這個問題,超聲換能器具有測量換能器溫度的能力。但是,如果換能器溫度與產品表面附近的空氣空間有很大差異,則液位測量將關閉。
 
氣體成分
 
與溫度相似,傳感器和液體表面之間的氣體成分也會影響超聲傳感器的聲波。聲音的速度因氣體類型而異,可能導致測量誤差。酸和溶劑產生的蒸汽尤其容易受到影響,并且會極大地影響超聲設備的精度。另一方面,無論空域如何,雷達微波都以相同的速度傳播,因此測量結果將保持不變。
 
泡沫
 
泡沫是任何非接觸式液位測量技術的另一個普遍障礙,因為泡沫會吸收微波和聲波。完全吸收的情況很少見,在那些極端情況下,導波雷達是用戶非常好的選擇。在大多數使用輕度泡沫的應用中,80 GHz雷達可以通過泡沫進行測量,就好像它還沒有在泡沫中一樣。許多超聲制造商對于同一應用將需要立管。
 
產品反射率
 
VEGA的80 GHz雷達液位計具有很高的靈敏度,甚至可以測量反射率非常高的產品。以前的雷達液位計無法測量的液體和材料現在可以提供足夠強的信號,以提供準確,可靠的液位測量。與雷達的電磁波不同,盡管具有反射特性,超聲波的機械波仍會在大多數表面反射。
 
灰塵,冷凝水和堆積
 
用戶很少會在同一應用中發現灰塵,冷凝水和堆積物,但是這三者對超聲波傳感器的影響相似。超聲波傳感器發出的聲波需要一種介質才能將能量從一個地方傳輸到另一個地方?諝庵械幕覊m為能量傳輸提供了物理屏障,從而削弱了返回信號的幅度。由于冷凝或積聚,換能器膜片在振動以產生信號時充當介質。冷凝或積聚會從一開始就抑制信號。但是,某些低頻超聲波傳感器更適合處理這些情況,因為機械波會振動傳感器表面,使其沒有水滴或積聚。
 
雷達液位計不受灰塵,凝結和堆積的影響。VEGA的80 GHz雷達液位計中的精密靈敏度軟件會忽略返回到傳感器的任何信號過快,從而消除了由于凝結和大部分堆積而導致錯誤的高電平的可能性。至于空氣中的塵埃,塵埃顆粒的大小為0.5至1.0微米,太小而無法影響波長為3.5至4毫米的雷達微波。這意味著雷達能夠在非常塵土飛揚的環境中的填充和清空周期中繼續進行測量。這使雷達能夠在任何有灰塵,結露或積聚的應用中準確進行物位測量。
 
噪聲
 
在散裝固體應用和筒倉內部,由于掉落的材料會產生震耳欲聾的環境,通常會產生大聲噪音。巨大的噪聲會產生其他聲波,并且取決于超聲波發射器的頻率,這會干擾用于進行測量的聲波。在填充,清空和嘈雜的過程中,這可能導致測量錯誤。由于雷達液位傳感器使用無線電微波,因此噪聲對測量沒有影響。
 
結論
在大多數物位測量應用中,明智的選擇是在超聲波發射器上選擇80 GHz雷達。這并不意味著超聲波傳感器絕對不會過時。超聲波設備是一種經濟高效的非接觸式物位測量手段,但在變化或困難的環境中,可靠性或準確性不如前者。大多數行業在穩定的環境中沒有固定產品的奢侈,這就是為什么80 GHz雷達液位計經常是非常合適的工具的原因。
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