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西門子雷達物位計在工控行業中的應用
閱讀：1555 發布時間：2017-3-31摘要：西門子雷達物位計具有許多優點，近年來應用廣泛。本文簡單介紹了雷達物位計的工作原理及應用的注意事項。
1.概述
西門子雷達物位計進入市場，由于測量精度高、耐高溫高壓的能力強，以及采用非接觸的測量方式，成為過程控制工業罐區物位監測的儀表，受到廣大技術人員的歡迎。
在公司的生產車間，物位作為重要的過程參數已成為判斷生產過程的效率、工作狀況及經濟性能的重要指標，物位測量儀表在連續與離散控制系統中的作用日趨突出，業主對測量儀表的測量、穩定可靠、多功能、智能化的要求也越來越高。雷達物位計是近年逐步在現場應用的*測量技術。在使用過程中也暴露出一些問題，主要是設計選型失誤。由于雷達物位計種類和品牌較多，如果在設計階段不能結合工礦條件選擇適宜的產品，就可能造成雷達物位計無法正常使用。
2．雷達物位計的測量原理與分類
2.1 測量原理
西門子雷達物位計主要由雷達探測器（一次表）和雷達顯示儀（二次表）組成。雷達探測器主要由主體、連接法蘭和天線三部分組成。天線分為喇叭型和直接與波導管連接兩種形式。雷達顯示儀提供連接上位計算機的RS-485接口，可以傳遞物位等參數及報警信號，亦可通過上位計算機對智能雷達顯示儀進行控制。
雷達探測器采用的是線性調頻連續波測距原理：天線發射的微波是頻率波線性調制的連續波，當回波被天線接收到時，天線發射頻率已經改變。根據回波與發射波的頻率差可以計算出物料面的距離。FMCW方式測量線路較復雜，從而測量度較高，同時干擾回波也較易去除，一般用于較的測量方案。雷達探測器的主體中包括微波信號源、信號處理部分。工作過程中，微波信號源輸出一個波幅恒定的線性調頻的微波信號，其產生的頻率輸出：發射頻率隨時間線性增加，增加的斜率為k，當發射出去的連續波遇到液面發射時，發射回來的信號頻率如圖1中點劃線所示，它比發射信號滯后了一定時間τ。
根據微波傳播原理知道：
τ＝2R/C （1）
式中C是微波在空間中的傳播速度3×108km/s，R是液面距雷達物位儀的距離。
由于回波信號頻率的滯后，使得反射頻率與發射信號頻率之間的差頻為：
f=kτ （2）
將以上兩式合并后可以得到：
R=C×f/2k
顯然R與f是成正比的，反射液面離物位儀的距離越遠所產生的差頻頻率f越大，因此可計算天線到反射面的距離。
信號處理部分則對回波信號與發射信號的混合信號進行處理，通過測量混合信號頻譜，用快速傅立葉變換（FFT）來計算混合信號，從中對混合信號頻譜進行分析，排除掉干擾信號，然后確定天線到反射界面的距離，從而完成測量。
2.2 優點特性
雷達物位計采用非接觸式測量方法。目前較成熟的非接觸測量技術有超聲波、核輻射和微波。而在化工、石化等過程工業領域，由于被測介質普遍存在高溫、高壓、腐蝕、揮發、冷凝等復雜工況，且對測量儀表有防爆要求。相比與超聲波，微波傳播的自身特點決定了雷達物位計的使用優勢：
1) 定向傳播。
2) 準光學特性。
3) 傳輸特性好。
4) 介質對微波吸收與介質的介電常數成比例。
由其自身特性決定，雷達物位計在使用上具有以下優勢：
1) 連續準確測量：由于雷達物位計不與被測介質接觸，且受溫度、壓力、氣體等影響非常小。
2) 維護方便，操作簡單：雷達物位計具有故障報警及自診斷功能。
3) 適用范圍廣：非接觸式測量，方向性好，傳輸損耗小，可測介質多。
4) 安裝簡單：在各行業應用中，雷達物位計可直接安裝到儲罐頂部，安裝十分簡單。
雷達物位計通常分為脈沖雷達和調頻連續波雷達（FMCW）兩種。脈沖雷達的工作模式與超聲物位計相似:天線周期地發射微波脈沖，并接收物料面回波，同時對回波信號進行分析處理，確認有效回波，據之計算物位。線性調頻連續波測距原理：天線發射的微波是頻率波線性調制的連續波，當回波被天線接收到時，天線發射頻率已經改變。根據回波與發射波的頻率差可以計算出物料面的距離。E+H公司的雷達物位計基本采用脈沖雷達原理。西門子公司LR400系列采用調頻連續波雷達原理，LR300系列采用脈沖雷達原理。