超聲波液位計(jì)和雷達(dá)物位計(jì)的區(qū)別及應(yīng)用

一、原理的區(qū)別

超聲波液位計(jì)的原理

我們一般把聲波頻率超過(guò)20kHz的聲波稱為超聲波，超聲波是機(jī)械波的一種，即是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的一種傳播過(guò)程，它的特征是頻率高、波長(zhǎng)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(qiáng)，尤其是在對(duì)光不透明的固體中，超聲波可穿透幾十米的長(zhǎng)度，碰到雜質(zhì)或界面就會(huì)有顯著的反射，超聲波測(cè)量物位就是利用了它的這一特征。

在超聲波檢測(cè)技術(shù)中，不管那種超聲波儀器，都必須把電能轉(zhuǎn)換超聲波發(fā)射出去，再接收回來(lái)變換成電信號(hào)，完成這項(xiàng)功能的裝置就叫超聲波換能器，也稱探頭。將超聲波換能器置于被測(cè)液體上方，向下發(fā)射超聲波，超聲波穿過(guò)空氣介質(zhì)，在遇到水面時(shí)被反射回來(lái)，又被換能器所接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電子檢測(cè)部分檢測(cè)到這一信號(hào)后將其變成液位信號(hào)進(jìn)行顯示并輸出。

由超聲波在介質(zhì)中傳播原理可知，若介質(zhì)壓力、溫度、密度、濕度等條件一定，則超聲波在該介質(zhì)中傳播速度是一個(gè)常數(shù)。因此，當(dāng)測(cè)出超聲波由發(fā)射到遇到液面反射被接收所需要的時(shí)間，則可換算出超聲波通過(guò)的路程，即得到了液位的數(shù)據(jù)。

雷達(dá)物位計(jì)的原理

雷達(dá)物位計(jì)采用發(fā)射—反射—接收的工作模式。雷達(dá)物位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波，雷達(dá)波以光速運(yùn)行。這些波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比，關(guān)系式如下：

D=CT/2

式中 ?D——雷達(dá)物位計(jì)到液面的距離

C——光速

T——電磁波運(yùn)行時(shí)間

雷達(dá)物位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時(shí)間，而電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可算出液面到雷達(dá)天線的距離，從而知道液面的液位。

在實(shí)際運(yùn)用中，雷達(dá)物位計(jì)有兩種方式即調(diào)頻連續(xù)波式和脈沖波式。采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的液位計(jì)，功耗大，須采用四線制，電子電路復(fù)雜。而采用雷達(dá)脈沖波技術(shù)的液位計(jì)，功耗低，可用二線制的24VDC供電，容易實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，精確度高，適用范圍更廣。

超聲波用的是聲波，雷達(dá)用的是電磁波，這才是最大的區(qū)別。

雷達(dá)是鑒于被測(cè)物質(zhì)的介電常數(shù)的；超聲波是鑒于被測(cè)物質(zhì)的密度的。

二、主要應(yīng)用場(chǎng)合的區(qū)別

由于超聲波和雷達(dá)測(cè)量原理的不同，從而導(dǎo)致他們的運(yùn)用場(chǎng)合的不同。雷達(dá)是鑒于被測(cè)物質(zhì)的介電常數(shù)的，而超聲波是鑒于被測(cè)物質(zhì)的密度的。所以介電常數(shù)很低的物質(zhì)雷達(dá)的測(cè)量效果就要打折扣，對(duì)于固體物質(zhì)一般也推薦用超聲波。雷達(dá)發(fā)射的是電磁波，不需要傳播媒介，而超聲波是聲波，是一種機(jī)械波，是需要傳播媒介的。另外波的發(fā)射方式元件不同，如超聲波是通過(guò)壓電物質(zhì)的振動(dòng)來(lái)發(fā)射的，所以它不可能用在壓力較高或負(fù)壓的場(chǎng)合，一般只用在常壓容器。而雷達(dá)可以用在高壓的過(guò)程罐。雷達(dá)的發(fā)射角度比超聲波大，在小容器或瘦長(zhǎng)的容器不推薦用非接觸式雷達(dá)，一般推薦導(dǎo)波雷達(dá)。最后就是精度的問(wèn)題，當(dāng)然了，雷達(dá)的精度肯定比超聲波高，在儲(chǔ)罐上肯定是用高精度雷達(dá)的，而不會(huì)選超聲波。至于價(jià)格方面，一般情況下超聲波比雷達(dá)低，當(dāng)然一些大量程的超聲波價(jià)格也是很高的。

聲波的傳輸是需要媒介的，所以在真空中就不能傳播。所以超聲波在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的局限性還是很大的，與雷達(dá)比起來(lái)多有不足。首先，超聲波物位計(jì)有溫度限制，一般探頭處溫度不能超過(guò)80度，并且聲波速度受溫度影響很大。其次，超聲波物位計(jì)受壓力影響很大，一般有求0.3MPa以內(nèi)，因?yàn)槁暡ㄒ空駝?dòng)來(lái)發(fā)出，壓力太大時(shí)發(fā)聲部件會(huì)受影響。第三，當(dāng)測(cè)量環(huán)境中霧氣或粉塵很大時(shí)將不能很好的測(cè)量。凡此種種，都限制了超聲波物位計(jì)的應(yīng)用。與之相比，雷達(dá)的是電磁波，不受真空度影響，對(duì)介質(zhì)溫度壓力的適用范圍又很寬，隨著高頻雷達(dá)的出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍就更加廣泛了，所以在物位測(cè)量中，雷達(dá)是一個(gè)非常好的選擇。

審核編輯：符乾江