物位是工業(yè)過程監(jiān)控的重要目標參數(shù)之一，各種罐體、料倉、水池等的連續(xù)物位測量中，由于現(xiàn)場工況千差萬別，很難有能滿足所有工況應用的物位儀表。

　　

　　其中，在非接觸測量儀表中，雷達和超聲波兩種原理物位計應用非常廣泛。

　　

　　那么，雷達物位計和超聲波物位計區(qū)別在哪里？這兩種的測量原理究竟是什么？雷達物位計和超聲波物位計相比各自的優(yōu)勢是什么呢?

　　

　　今天，就這些問題和大家講解一下這兩種物位計。

　　

　　超聲波物位計

　　

　　我們一般把聲波頻率超過20kHz的聲波稱為超聲波，超聲波是機械波的一種，即是機械振動在彈性介質(zhì)中的一種傳播過程，它的特征是頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，另外方向性好，能夠成為射線而定向傳播。

　　

　　超聲波在液體、固體中衰減很小，因而穿透能力強，尤其是在對光不透明的固體中，超聲波可穿透幾十米的長度，碰到雜質(zhì)或界面就會有顯著的反射，超聲波測量物位就是利用了它的這一特征。

　　

　　在超聲波檢測技術(shù)中，不管哪種超聲波儀器，都必須把電能轉(zhuǎn)換超聲波發(fā)射出去，再接收回來變換成電信號，完成這項功能的裝置被稱為超聲波換能器，也稱探頭。

　　

　　工作時，超聲波換能器置于被測物上方，向下發(fā)射超聲波，超聲波穿過空氣介質(zhì)，在遇到被測物表面時被反射回來，又被換能器所接收并轉(zhuǎn)換為電信號，電子檢測部分檢測到這一信號后將其變成物位信號進行顯示并輸出。

　　

　　雷達物位計

　　

　　與超聲波物位計工作模式相同，雷達物位計同樣采用發(fā)射-反射-接收的工作模式，不同是雷達超聲波物位計的測量主要依賴超聲波換能器，而雷達物位計則依靠高頻頭和天線。

　　

　　超聲波物位計使用機械波，而雷達物位計使用的是超高頻率（幾G到幾十G赫茲）電磁波。電磁波以光速運行，運行時間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號。

　　

　　另一種常見的雷達物位計是導波雷達物位計。

　　

　　導波雷達物位計是依據(jù)時域反射原理(TDR)為基礎(chǔ)的雷達料位計，雷達料位計的電磁脈沖以光速沿鋼纜或探棒傳播，當遇到被測介質(zhì)表面時，雷達料位計的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路經(jīng)返回到脈沖發(fā)射裝置，發(fā)射裝置與被測介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時間成正比，經(jīng)計算得出液位高度。

　　

　　影響超聲波物位效果因素

　　

　　傳感器發(fā)出的超聲波碰到被測介質(zhì)被反射，反射回波的質(zhì)量反映了物位計應用效果。

　　

　　回波質(zhì)量定義為最小回波幅度（在惡劣條件下回波幅度）比噪聲幅度（虛假回波、多徑反射回波等的幅度）。回波質(zhì)量數(shù)值越大，物位計應用效果越好。

　　

　　1.傳播介質(zhì)越穩(wěn)定越有利于傳播

　　

　　超聲波是機械波。機械波在傳播過程中會受到傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響。例如：有一池塘水，當風平浪靜時，往池塘中扔石子就可看到水波紋，當大風使池塘水起波浪時，往池塘中扔很大的石頭都難看到水波紋。

　　

　　引起空氣波動因素很多，如：粉塵，氣浪，蒸汽，料流等都會引起空氣波動，降低回波質(zhì)量，影響測量效果。

　　

　　2.被測介質(zhì)表面越平整，聲阻抗越大越有利于反射回波

　　

　　測量固體時，被測表面都是不平的，有一定的安息角。在這種條件下的反射波是漫反射波。由于反射與波長有關(guān)，當反射面的線度可與波長相比時或更大時，才能發(fā)生反射。

　　

　　顯然，工作頻率越高，其波長越小，對于較小的物料，更易于發(fā)生漫反射。例如，頻率為10kHz的機械波在空氣中的波長是34mm，大多數(shù)情況下，物料的線度都不會有這么大。

　　

　　此外，低頻工作時，發(fā)射波的開角大，回波會很寬。這時測得的數(shù)據(jù)不準，有時會差幾百毫米甚至lm。

　　

　　影響雷達物位效果因素

　　

　　1.傳播介質(zhì)介電常數(shù)越穩(wěn)定越有利于傳播。

　　

　　雷達波是電磁波，電磁波在傳播過程中不受傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響，只與其介電常數(shù)有關(guān)。這是雷達技術(shù)與超聲波技術(shù)的重大區(qū)別。

　　

　　2.被測介質(zhì)表面越平整，其介電常數(shù)越大越有利于回波反射。

　　

　　所以考慮現(xiàn)場工況時，應特別注意：天線到被測介質(zhì)問空氣介電常數(shù)的分布；被測介質(zhì)的表面狀態(tài)及其介電常數(shù)。

　　

　　雷達與超聲波物位計對比

　　

　　說了這么多，兩種物位計對比，各有什么優(yōu)缺點呢？

　　

　　1.超聲波精度不如雷達；

　　

　　2.由于頻率和天線尺寸的關(guān)系，采用更高頻率的雷達物位計天線尺寸小，更便于安裝；

　　

　　3.由于雷達頻率更高，因此波長更短，對傾斜的固體表面有更好的反射；

　　

　　4.雷達測量盲區(qū)相對超聲波更小；

　　

　　5.由于雷達頻率更高，因此雷達波束角小，能量集中，增強回波能力同時又有利于避開干擾物；

　　

　　6.相比采用機械波的超聲波物位計，雷達基本不受真空、空氣中的水蒸氣、粉塵（石墨、鐵合金等高介電性的粉塵除外）、溫度壓力變化影響；

　　

　　這樣看起來雷達似乎非常。那么，是否雷達物位計可以代替超聲波物位計呢？

　　

　　當然不是。超聲波物位計也有自身的優(yōu)點，其中最主要的優(yōu)點是超聲物位計的成本遠低于雷達物位計。

　　

　　因此在對性能干擾不大（如一些液位測量）的工況，且對精度要求不高的情況下，超聲波液位計是性價比更高的物位測量儀器。

　　

　　雷達和超聲波兩類型物位計均是工業(yè)物位測量的良好解決方案，其選型應用需根據(jù)過程工況、介質(zhì)特性決定，并結(jié)合安裝條件、使用環(huán)境等外界因素。

　　

　　經(jīng)濟適用，更好的性價比是設(shè)計人員選型的重要依據(jù)，也是現(xiàn)代工廠精細化管理追求良好效益的基礎(chǔ)條件。