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

其中，在非接觸測(cè)量?jī)x表中，雷達(dá)和超聲波兩種原理物位計(jì)應(yīng)用非常廣泛。

那么，雷達(dá)物位計(jì)和超聲波物位計(jì)區(qū)別在哪里？這兩種的測(cè)量原理究竟是什么？雷達(dá)物位計(jì)和超聲波物位計(jì)相比各自的優(yōu)勢(shì)是什么呢?

今天，就這些問題和大家講解一下這兩種物位計(jì)。

超聲波物位計(jì)

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(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(hào)，完成這項(xiàng)功能的裝置被稱為超聲波換能器，也稱探頭。

工作時(shí)，超聲波換能器置于被測(cè)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(cè)物表面時(shí)被反射回來，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)后將其變成物位信號(hào)進(jìn)行顯示并輸出。

雷達(dá)物位計(jì)

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

超聲波物位計(jì)使用機(jī)械波，而雷達(dá)物位計(jì)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(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)。

另一種常見的雷達(dá)物位計(jì)是導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)。

導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)是依據(jù)時(shí)域反射原理(TDR)為基礎(chǔ)的雷達(dá)料位計(jì)，雷達(dá)料位計(jì)的電磁脈沖以光速沿鋼纜或探棒傳播，當(dāng)遇到被測(cè)介質(zhì)表面時(shí)，雷達(dá)料位計(jì)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(cè)介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時(shí)間成正比，經(jīng)計(jì)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(cè)介質(zhì)被反射，反射回波的質(zhì)量反映了物位計(jì)應(yīng)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）比最大噪聲幅度（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(jì)應(yīng)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(jī)械波。機(jī)械波在傳播過程中會(huì)受到傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響。例如：有一池塘水，當(dāng)風(fēng)平浪靜時(shí)，往池塘中扔石子就可看到水波紋，當(dāng)大風(fēng)使池塘水起波浪時(shí)，往池塘中扔很大的石頭都難看到水波紋。

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

2.被測(cè)介質(zhì)表面越平整，聲阻抗越大越有利于反射回波

測(cè)量固體時(shí)，被測(cè)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(zhǎng)有關(guān)，當(dāng)反射面的線度可與波長(zhǎng)相比時(shí)或更大時(shí)，才能發(fā)生反射。

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

此外，低頻工作時(shí)，發(fā)射波的開角大，回波會(huì)很寬。這時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，有時(shí)會(huì)差幾百毫米甚至lm。

影響雷達(dá)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(dá)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(dá)技術(shù)與超聲波技術(shù)的重大區(qū)別。

2.被測(cè)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(chǎng)工況時(shí)，應(yīng)特別注意：天線到被測(cè)介質(zhì)問空氣介電常數(shù)的分布；被測(cè)介質(zhì)的表面狀態(tài)及其介電常數(shù)。

雷達(dá)與超聲波物位計(jì)對(duì)比

說了這么多，兩種物位計(jì)對(duì)比，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？

1.超聲波精度不如雷達(dá)；

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

3.由于雷達(dá)頻率更高，因此波長(zhǎng)更短，對(duì)傾斜的固體表面有更好的反射；

4.雷達(dá)測(cè)量盲區(qū)相對(duì)超聲波更??；

5.由于雷達(dá)頻率更高，因此雷達(dá)波束角小，能量集中，增強(qiáng)回波能力同時(shí)又有利于避開干擾物；

6.相比采用機(jī)械波的超聲波物位計(jì)，雷達(dá)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(dá)似乎非常。那么，是否雷達(dá)物位計(jì)可以完全代替超聲波物位計(jì)呢？

當(dāng)然不是。超聲波物位計(jì)也有自身的優(yōu)點(diǎn)，其中最主要的優(yōu)點(diǎn)是超聲物位計(jì)的成本遠(yuǎn)低于雷達(dá)物位計(jì)。

因此在對(duì)性能干擾不大（如一些液位測(cè)量）的工況，且對(duì)精度要求不高的情況下，超聲波液位計(jì)是性價(jià)比更高的物位測(cè)量?jī)x器。

雷達(dá)和超聲波兩類型物位計(jì)均是工業(yè)物位測(cè)量的良好解決方案，其選型應(yīng)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(jì)適用，更好的性價(jià)比是設(shè)計(jì)人員選型的重要依據(jù)，也是現(xiàn)代工廠精細(xì)化管理追求良好效益的基礎(chǔ)條件。