5.1、市场

      在各种行业中雷达通常应用在三个不同的市场这些市场的每一个都 有不同的要求。

5.1.1、贸易结算

   贸易结算应用需要对液体测量具有极高的精度。用户根据这些仪表的 精确测量支付费用。

Ø 这个市场大约占液体雷达市场的 10%

Ø 主要用于燃油的贸易结算级

Ø 需要 ±1mm 的精度,非常精确的测量

Ø 仪表通常采用抛物面天线来实现窄的波束角

Ø 仪表需要通讯来与其他设备和罐区管理软件建立界面

Ø 在一些国家需要特殊认证 (重量和度量标准)

Ø 这个市场上增长平稳,在这个应用领域中正朝着高端流量计发展

Ø 1970 年开始 SAAB Enraf 就已经在市场中存在它们逐渐取代 了机械式测量系统。

5.1.2、储罐

   需要把未加工的产品变为成品的任何工厂中都有储罐的应用。大多数用户都习惯于使用物位数据来实现储罐控制。

Ø 在这个市场中包括的一些典型被测介质有植物油、树脂和溶剂、各种油品、固体等

Ø 储罐的形状和尺寸一般为圆柱形,竖直的或横卧的

Ø 这些罐内的情况一般比较平静。有很少的扰动,较低的压力,常温

Ø 这个市场大约占液体雷达市场的 55%

Ø 市场可以接受的精度为 ±10mm

Ø 被认为是比较简单的测量

Ø 这个市场具有相当大的潜力。原有的应用使用人工探尺、浮子式和 其他机械式仪表

Ø 经济的两线制微波物位计是理想的选择

5.1.3、过程应用

   过程应用在供应厂商和制造厂商处随处看到。过程罐通常使用于不同 的介质的混合。

Ø 这个市场大约占液体雷达市场的 35%

Ø 主要用于化工行业

Ø 微波物位计的精度要求不高:±5~15mm,但对物位仪表的可靠性和稳定性要求较高

Ø 罐内的状况包括高温、高压、大量的扰动和不同类型的介质。可能 会有泡沫、挂料、蒸汽和波动

Ø 这些工况中的液位常有快速和频繁的波动

Ø 这个市场需要成熟完善的回波处理技术

5.2、微波物位计的选择要点

   在选择微波物位计时,除了考虑应用工况的量程外,还需要考虑很多因素:被测介质的介电常数、过程工艺中是否有挂料、腐蚀性、泡沫、液面的扰动的影响,是否满足(过程)温度压力的要求;固体表面的漫反射造成的信号的衰减……

5.2.1、介电常数

      与频率大小无关介电常数在雷达的使用中起着重要的作用因为所有 雷达设备的回波强度均受到被测介质介电常数的影响。具有高介电常 数的介质吸收的微波信号很少会产生一个很强的回波信号,比如:水;低介电常 数介质会吸收信号使回波信号减弱,比如:汽油、液化气等介电常数小于2~ 3 的介质会影响回 波信号的强度从而引起显著的衰减。介电常数一般会随着温度的变化而变化,在很多温度变化很大的过程工艺中,介质的介电常数变化过大以至于小于2~3,可能会导致微波物位计不能获得足够的回波信号能量来进行工作。

      大多数低频(6GHz)的微波物位计可以直接测量介电常数为2~3以上的介质, 但是如果用于测量低于2~3的介电常数的介质时,通常需要选择采用静态管或高频(24GHz)的微波物位计来解决。采用静态管或导波管天线的低频雷达可以测量介电常数大于1.5的介质,而高频雷达可以直接测量低介电常数的介质。

5.2.2、挂料

天线上的挂料会限制雷达的功能最常见的挂料是凝结水液体应用中 可能会使蒸汽凝聚到天线上,而其他应用中可能会把液体和浆料飞溅 到天线上,导致由于挂料而可能消弱雷达的性能。根据不同的应用类 型,这些天线的挂料可能会影响液位的测量。 一般对于容易产生少量冷凝水的工况,选择杆式天线会取得比喇叭天线更好的效果;但是,在容易发生介质飞溅到天线上而产生挂料的工况中,适宜采用低频的喇叭天线雷达,喇叭天线的结构可以防止介质进入喇叭口内影响电极的发射,而且,发射较长的波长使它们对厚的粘附物的敏感性降低可穿透厚的粘附物由于信号较强通过厚 的天线粘附物仍能保持精确测量。 另一个重要的因素是天线的构成成分。采用 PTFE 杆式天线的低频雷达,具有抗化学腐蚀性能,清洁方便的优点。 在粘附物会造成严重挂料的应用 (例如矿浆储罐)中,可选用自清洗系统用 来保持喇叭天线的清洁这个系统使用空气或液体来冲涮喇叭内部每隔固定的间隔就进行一次清洗。

5.2.3、腐蚀性

       因为杆式天线的材质一般都选用更耐腐蚀性的PTFEPEPP等材质,因此在很多有强腐蚀性的应用中,较多的选用杆式天线;而喇叭天线因为一般都采用不锈钢材质,其耐腐蚀性一般不如杆式天线;当然也有些公司可以定制哈氏合金的喇叭天线或带Telflon涂层的喇叭天线来满足一些有一定复杂性而不能使用杆式天线而又有腐蚀性要求的工况。

5.2.4、泡沫

         

啤酒行业麦芽发酵工艺中的干泡沫

在反应釜和过程罐中化学物品混合在一起会产生泡沫虽然雷达不能 穿透所有的泡沫进行测量但是它能过穿透其中的一些类型能够获得 泡沫下面的液位。为了可靠测量,识别湿泡沫和干泡沫是很重要的。 对于干泡沫微波信号能够穿过泡沫并检测下面的液体表面干泡沫在 酿造行业较为常见,与浴缸中的泡沫相似 - 轻且密度低。 对于中等密度的泡沫信号被吸收或被散射结果是不可预知没有规 律的。 对于湿泡沫微波信号在泡沫表面发生反射湿泡沫由非常小的泡沫构 这使液体处于悬浮中这些泡沫非常密集与烈性啤酒中的泡沫相 当雷达不能测量有时存在于储罐中的湿泡沫 / 液体界面时它会对 泡沫层的顶部产生一个非常稳定的回波。 雷达技术通常不适合用于可能存在泡沫的废水深井。由于系统的自然 特性注入深井的成分会经常变化泡沫存在不可预知性且取决于泡 沫密度。 当泡沫状况保持稳定时雷达是可靠的在啤酒行业雷达测量会穿透罐中的泡沫在废水行业在厌氧消化池的应用中雷达用于测量泡沫 的表面。

造纸厂浮选工艺中的湿泡沫

5.2.5、扰动的液面

      对于在扰动容器里的波动的表面低频的雷达物位计具有很好的表现低频微波会产生一个较宽的波束角覆盖液体表面较大的面积。 波动会减小信号的幅值但是比起高频波束来要减小的少得多 外,当液面表面波的波长与电磁波的波长相同时,会发生最严重的衰 减。波动引起的衰减可以通过用来引导和限制波束角的静态管或导波管限制传输信号来得到加强。

      和超声波的工作方式类似,雷达物位计也可以通过启动搅拌器滤波器的功能来消除搅拌器的干扰。

5.2.6、粉状固体

      粉状固体的物位的连续测量长期以来一直是个难点。超声波、重锤、TDR、电容等测量方式都曾经被用于这一应用,但是均存在着很多问题而导致使用效果欠佳。

      有些公司尝试采用微波技术来测量粉状固体的物位,由于电磁波具有很好的穿透粉尘的性能,因此也的确取得了一些成绩,但是其实际不太稳定的使用性能一直不能得到客户的满意。西门子公司最早提出采用高频(24GHz)微波测量技术来解决粉状固体的物位测量问题。它认为,高频的微波具有较短的波长,能够在倾斜粗糙的固体表面形成较多的反射而大大改善测量效果。

      比如:如右图,将篮球以自由落体地方式抛向在倾斜的楼梯,将会因为折射而导致篮球不会弹回;而如果改用直径较小的乒乓球,则效果可能就会好很多,直接弹回的概率将大大增加。

      同时由于采用高频的微波技术,使雷达物位计因为具有更小的波束角而可以较大程度的避开障碍物,并且因为能量集中而使测量效果大大增强。

      采用四线制的FMCW技术的高频微波物位计大大增加了测量固体连续物位的可靠性,使很多物位测量难点得到较好的解决。现在,高频的微波物位测量技术被越来越多地应用在水泥行业的熟料仓、生料仓、成品水泥仓等;电厂的粉煤仓、飞灰仓等工况中。

      在料面倾斜角度较大的工况中,通常采用一个瞄准器将发射波束瞄准一个方向(通常是下料口),使波束与料面尽可能接近垂直将大大增强回波信号的增强。

      为了防止扬起粉尘因为沾到发射电极上导致信号的衰减,一般采用用低介电常数材料制作的防尘罩罩在喇叭口上防止粉尘的进入,或者选用吹扫系统,通过压缩气体的吹扫来清除粘附在发射电极上的粉尘。

5.2.7、温度和压力

      虽然,温度和压力的影响对于电磁波的传播基本没有什么影响,但是过高的过程温度或过大的过程压力会损坏微波物位计的发射电极(天线)。因为发射电极(天线)通常采用PTFE的材质,因此雷达物位计的耐压耐温性能很大程度上取决于PTFE材质。PTFE一般能够承受200的过程温度。有些公司设计了加长的隔离管来降低过程传递到发射电极的温度,使雷达物位计能够应用于更高温度的工艺中。通过压缩气体吹扫的方式,可以使微波物位计测量极端高温的介质,比如:钢水等。

      在高压的应用,一般都采用法兰的过程连接。需要注意的是,根据不同的法兰的标准,法兰承受的最大压力会随着温度的变化而不同:通常,温度越高,法兰的耐压等级会下降。

回复:有这样的微波传感器吗

求助:有一种塑料产品,不透明,厚度不一,最厚30MM,里内有同方向排列的金属丝,直径不一,但直径最小1MM,排列间距不一,但间距最小8MM,现需要一种传感器无接触进行探测,每测出一根金属丝就发出一个脉冲,响应频率至少每秒钟十根,请问有谁能制作这样的传感器

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