物位儀表市場中的較量

        ——超聲波物位計、雷達物位計、3D物位掃描儀誰主沉浮？

目前世界上物位測量方式比較多，包括：激光式、雷達式、超聲波式、重錘式、射頻導納式、電容式等。以上產品并不是*針對物料測量而設計的，而且都是基于單點測量原理。在料位測量方面，因為物料的排放堆積及本身特性所呈現的不規則表面，對于單點式的測量方式并不是理想條件，暴漏出諸多問題。所以的數據始終是一個懸而未決的難題。在實際使用中，效果自然就不會理想。對于用戶的物料存儲情況及成本控制帶來很大的麻煩。
  

一、目前的工況環境難題
　　　如煤粉倉、石灰石粉倉、水泥倉和干灰倉等生產設備，無法直接了解倉內狀況。通過長期的現場考察與分析，影響料位正確測量的因素有以下幾點：
1．粉末狀粉倉內物料顆粒細小，進粉時在倉內呈彌漫狀態，細小粉塵飄揚，粉料堆密度小，有粉與無粉的區別趨于模糊，嚴重影響超聲波或其他電磁波法的測量，甚至導致失敗。
2．各種物料的成份、濕度等各不相同，導致其物理性質出現差異，尤其是位于不同高度位置的粉料堆密度相差很大，無法用一個統一的物理量去衡量，對連續測量造成很大影響。
3．倉內不規則的出粉、加粉、塌粉等現象，其產生的機械力，破壞性相當大，同時可以使倉內傳感器支架產生彎曲、打折，以至損壞設備。
4．倉壁內容易出現掛料現象，并且物料呈現凹凸不平的不規則表面。很容易出現冒頂現象，無法得出真實物位。由此可見，料位測量是目前上一項難以克服的技術難題。

高濃度粉體倉和露天堆場的測量一直都是物位測量領域的市場！

     物位儀表在選型時，常受到物料的物化性質性質和溫度、壓力、流量、設備安放等工況條件的影響。物位測量的現場工況千差萬別，很難設計出能滿足所有工況應用的物位儀表。

物位測量技術以非接觸式測量作為代表，在非接觸式物位測量儀表中，目前超聲波物位計和雷達物位計是兩大主流儀表。γ射線式檢測由于本身帶有輻射，在科技以人為本的社會里，已逐步淡出人們的視野。但“3D物位掃描儀”的加入將*改變物位儀表市場分配的格局。這將是測控領域一次技術變革，將測控技術帶入3D時代！

二、目前的物位測量儀表   

每類產品各有各自特點，只有充分了解物位儀表應用條件及特點，才能做到選型充分合理，經濟資源的才能得到有效利用。

1、超聲波物位計

　　傳感器發出的超聲波碰到被測介質被反射，反射回波的質量反映了物位計應用效果。回波質量定義為zui小回波幅度（在zui惡劣條件下回波幅度）比zui大噪聲幅度（虛假回波、多徑反射回波等的幅度）。回波質量數值越大，物位計應用效果越好。

　　超聲波物位計工作頻率及測量性能：傳感器高頻（40-70KHz）工作時，傳感器的尺寸小，盲區小，方向性好，精度高，但其聲波衰減快，傳播介質（空氣）波動時穿透性差，測距較小。傳感器低頻（10-20KHz）工作時，傳感器尺寸大，盲區大，方向性不好，精度低，其優勢是聲波衰減慢，傳播介質（空氣）波動時穿透性較好，測距稍遠。

超聲波的回波強度主要受以下兩個因素影響：

　　1.傳播介質越穩定越有利于傳播。

超聲波是機械波。機械波在傳播過程中會受到傳播介質穩定程度的影響。例如：有一池塘水，當風平浪靜時， 往池塘中扔一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，降低回波質量，影響測量效果。當粉塵，氣浪等現象嚴重時，建議用低頻超聲波物位計來測量。

2.被測介質表面越平整，聲阻抗越大（越硬）越有利于反射回波。

　　在固體測量時，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，當反射面的線度可與波長相比時或更大時，才能發生反射。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，大多數情況下，物料的線度都不會有這么大。此外，低頻工作時，發射波的開角大，回波就會很寬。這時測得的數據也就不準了，有時會差幾百毫米甚至1米或更多。因此，測量顆粒較小的固體料位，建議使用高頻超聲波物位計。

綜上所述，考慮現場工況時，應特別注意兩個方面：換能器到被測介質間的空氣狀態和被測介質的表面狀態。

　　超聲波物位計的選擇：

　　１.換能器

　　生產商給出的zui大量程一般是在實驗室條件下才能達到。實際應用時，選擇量程時，要留有余量。應確保測量距離為儀表zui大量程的0.3-0.5倍。有應用案例。

　　２.控制表

　　應選擇有回波顯示功能的控制表。由于物位測量工況的不確定性，物位計的工作性能僅用數字表示是不夠的。回波顯示是將換能器到被測介質之間全過程的回波顯示出來。盲區附近的波形狀況，真實回波、虛假回波以及雜散噪聲的幅度、寬度以及信噪比等有關測量性能的因素通過回波曲線的形式全面反映出來，使用戶做到一目了然，心中有數。

　　一臺好的超聲波物位計應具備的性能：頻率高、發射波開角小（方向性好），換能器諧振好（盲區小），換能器要起振快，剎車快，諧振頻率準。全量程回波處理動態范圍大（100-120dB），回波圖形顯示。在多虛假回波的工況下，回波波形不斷變化時，物位計應能準確地捕獲真實回波。因此，物位計的回波處理軟件應具有良好的算法（是一種物位測量應用經驗積累的總和）。

小結：超聲波物位計目前市場價值：由于雷達技術的普及和發展以及雷達的技術特點，在物位測量中，超聲波物位計有被雷達物位計取代的趨勢。綜合性價比分析，在液位測量方面，超聲波物位計還有市場。

2、雷達物位計（導波雷達物位計）

　　雷達技術主要應用于軍事監測國防領域，隨著科技的發展社會的進步，這項技術也廣泛應用的工業，民用等相關行業——科技服務社會。
    非接觸物位測量中，雷達技術的應用近年來獲得快速發展。超聲波物位計中換能器是眼睛，而雷達物位計中高頻頭和天線是眼睛，回波處理是物位計的大腦。雷達物位計繼承了超聲波物位計的回波處理技術。

　　雷達物位計發出的電磁波碰到被測介質被反射，反射回波的質量反映了物位計應用效果。回波質量定義為zui小回波幅度（在zui惡劣條件下回波幅度）比zui大噪聲幅度（虛假回波、多徑反射波等的幅度）。回波質量數值越大，物位計應用效果越好。　

回波強度主要受以下因素影響：

　　傳播介質介電常數越高越穩定越有利于傳播。雷達波是電磁波，電磁波在傳播過程中不受傳播介質穩定程度的影響，只與其介電常數有關。這是雷達技術與超聲波技術的重大區別。被測介質表面越平整，其介電常數越大越有利于回波反射。

　　      所以考慮現場工況時，應特別注意這兩個方面：
   （1）天線到被測介質間空氣介電常數的分布
   （2）被測介質的表面狀態及其介電常數。
雷達物位計的優點是：不受空氣波動影響，隨距離衰減小，穿透力強。

雷達物位計的局限性：

1）影響雷達的性能是介電常數，理論上在真空中雷達衰減極小，當空氣中存在對雷達衰減物質，例如：含高介電性的粉塵粉末（石墨，鐵合金等），水蒸氣很大，測量距離和效果要受影響。
2）被測介質的揮發氣體會在天線上聚集，水蒸汽會在天線上聚結，此時，會影響雷達波發射，嚴重時雷達波不能發出。
3）被測介質的介電常數不能太小。
4）盡管溫度和壓力對雷達影響極小，但雷達天線是由材料做成，雷達可適應溫度和壓力的范圍與使用的材料和密封結構有關。

與低頻率雷達相比，高頻雷達有以下優點：

　　1）高頻雷達物位計（主要指26GHz和24GHz）具有能量高，波束角小（一般Φ95的喇叭天線的波束角為8°，而6GHz低頻脈沖雷達的喇叭天線直徑為Φ246時，波束角為15°），天線尺寸小，精度高等優點。

　　2）26GHz雷達波長11mm，6GHz雷達波長50mm，雷達測量散裝料位時，雷達波反射主要來自料面的漫反射，漫反射的強度與物料大小成正比，與波長成反比，而大部份散裝料直徑遠遠小于50mm，這就是為什么目前26GHz雷達是散裝料物位測量的*選擇。

　　3）在一些直徑小高度矮的小罐應用中， 6GHz雷達天線長（300-400mm）無形中增大了盲區（大約600mm），由于6GHz雷達方向性差（開角大）在小罐中會產生多徑反射；26GHz雷達頻率高頻，天線短，方向性好，克服了6GHz雷達的缺點，適用于小罐測量。

　　4）由于現場環境惡劣，隨著時間推移，雷達天線會堆積污物、水汽等，26GHz雷達天線小，加天線罩可大大改善污物、水汽影響；6GHz雷達天線大，加天線罩很困難。且儀表較沉重，清理困難。

　　5）由于26GHz雷達方向性好，很多惡劣工況，可通過簡單隔離，將雷達裝在容器外進行測量。
    26GHz天線種類很多，各有特點如：

　　JKSRD55天線，全四氟（PTFE）密封天線，適合工況較好（測距短，液面穩定）的液體，腐蝕性液體。少量的揮發物對天線只造成輕微污染。

　　JKSRD56,58天線：
1，不繡鋼喇叭天線，適合較干凈沒有揮發物的工況。
2，不繡鋼喇叭加PTFE罩天線，適合有揮發物，粉塵的工況。
3，全朔料天線帶PTFE罩天線，適合有揮發物，粉塵，凝結的工況。
4，不繡鋼喇叭帶吹掃天線，經壓縮空氣做吹掃風，適合對天線污染嚴重工況。
5，加天線延長管和散熱管，可用于超高溫工況（如鋼水）。

JKSRD57全四氟（PTFE）密封自滴型平面天線，適合食品衛生工況。

導波雷達物位計——非接觸雷達物位測量的補充

　　導波雷達物位計發射脈沖電磁場，以導波纜為中心100mm為半徑，沿纜向前傳播，遇介質返回。除有非接觸雷達的特點以外，導波雷達方向性好，頻率低（500M-1GHz）穿透性好。缺點是顯然的，尤其在固體測量中，調試維修都不方便，經常會磨損，甚至急速下料斷纜。但可利用導波雷達物位計低頻的穿透性實現某些特殊應用。如：油水界面；以及利用纜的末端反射測量介電常數非常小的粉末（除塵粉倉）粉位測量等。

在高溫、高壓工況條件下，導波雷達物位計與脈沖（非接觸）雷達物位計相比更具優勢。脈沖雷達天線由不銹鋼和PTFE構成，而PTFEzui高使用溫度200°，zui高壓力4MP。當導波雷達用不銹鋼和陶瓷構成時，zui高使用溫度400°，zui高壓力40MP。這也是比超聲波*之處。

小結：雷達物位計目前已成為市場上的主流產品，而低頻率雷達物位計盡管具有價格相對低廉的優點，但在主要應用領域中，屬于逐漸被淘汰的產品。從超聲波物位計的應用中得知，要獲得比較好的回波，換能器工作頻率大約40KHz，波長大約9mm，這時發射波的開角為7°-8°。工作頻率越高，其開角越小，但其量程較小。與超聲波類比，雷達物位計要獲得上述效果的回波，其工作頻率應為26GHz，此時，其波長為11mm。當用口徑為100mm的喇叭時，可獲得7°-8°開角的發射波。若雷達工作頻率是6GHz，則相當于超聲波的工作頻率為10KHz。而工作頻率為10kHz的超聲波物位計在物位測量中各項指標都很不理想，特別不適于固體料位的測量。

3、3D物位體掃描儀——將是物位儀表的產品！
　　3D物位掃描儀的誕生，*改變了傳統的單點測量技術原理，世界物位測量領域走向視覺新維度的“3D時代”，真正達到了介質可視化，過程智能化的技術。并以急速蔓延的趨勢深入到各行業的物位測量領域扮演主要角色。該系統是目前僅有的一種可計量固體物料和體積的創新產品，而且不受物料種類，物化性能，貯存物料間，開放倉或料倉的類型和尺寸的影響并適用于非常惡劣的高粉塵貯存環境的物位測量。
工作原理 　　
　　3D物位掃描儀基于二維數組波束形成器發射低頻脈沖波，監視每個回波的時間/距離/方向。設備的數字信號處理器對接收來至物料表面的脈沖回波信號進行取樣和分析，生成物料表面實際分布狀況的三維立體圖像,這個圖像通過一種專有的計算方法對信息進行處理并生成3D圖像，可以在遠程電腦的屏幕上顯示出來。設備可以據此檢測出物料的真實物位。

3D物位掃描儀產品優點

更新的立體制圖體：3D物位掃描儀能夠以三維圖像實時顯示物料形態的隨機變化，進而可以廣泛應用于傳統技術無法進入的挑戰性的測控領域。
更高的度：三維圖像呈現出物料zui真實zui的表面物位值、體積和質量，消除了傳統測繪中單點測量導致的誤差。
更簡便的操作：3D物位掃描儀系統提供非常直觀的三維圖像和簡便易讀的數據，使其成為目前市場上zui方便、zui有效的物位測量儀表。
更緊密的傳感器：3D物位掃描儀內置溫度傳感器，監測環境溫度并通過軟件設置溫度補償以消除換能器長時間工作產生的溫升而帶來的測量誤差。
更高的性價比：3D物位掃描儀可用于固體和液體的測量，為您提供的數據，更加全面的性能和更高的性價比。

3D物位掃描儀技術優勢
● 真正的介質可視化，過程智能化的*產品；
● 替代并超越雷達物位計或超聲波物位計的革命性突破；
● 掃描物料的表面（成百上千個網格點）無論物料表面如何不規則，測量的都是多點的平均值；
● 的高濃度粉塵透射技術，低頻脈沖波技術，非接觸式測量；
● 無移動部件，無腐蝕風險，適用于水泥、鋼鐵、電力、儲運、食品、化學品和藥品等；
● 可檢測粉末、粒狀料、丸狀料以及其他固體物料，無需特殊校準；
● 可用于高型筒倉—檢測范圍可達70M
● 對粘附在倉壁的物料提前警示，成本效益高；
● 初始安裝過程中遠程連接我方客戶支持工程師，以實現特定現場掃描儀能夠自定義至*性能配置。

3D物位掃描儀和單點測量設備精度對比
● 筒倉尺寸：直徑=10M，高度=20M
● 頂部和底部為45度椎體；
● 3D物位掃描儀精度=1.55%；
● 單點測量儀表精度=16%

3D物位掃描儀工作頻率
● 3D物位掃描儀使用2至7KHz的頻率；
● 在此低頻下，波束有寬廣的覆蓋角度（70°）；
● 粉塵穿透—低頻波在高粉塵和高濕環境中工作仍能維持很好的效果。

三、現有物位測量技術對比

總結 ：

　　超聲波物位計的應用主要是考慮換能器（探頭）的選擇。主要應用于工況條件比較穩定的液位測量環境，不用于固體物位測量。

　　雷達物位計的應用是考慮天線和頻率的選擇。26GHz雷達物位計的價格仍然遠高于6GHz雷達物位計價格相當，由于物位儀表技術已逐步接近該領域的瓶頸，這更促進了26GHz雷達物位計的應用。由此可見，6GHz雷達物位計*會大大降低。隨著技術的進步，我們期待更高頻率（如：80GHz）、更小開角（如：2°，3°）、更小體積的雷達物位計的面世。我們將在此領域中不懈地努力，將雷達物位測量做到*。

3D物位掃描儀可以監測儲存于任何容器，包括：大型的開放式倉室，固體物料儲存室，堆場和倉庫中任何散狀固體物料，其應用環境和場合十分廣泛。三口天線喇叭所發出的低頻脈沖波可穿透懸浮的粉塵，而克服了其他產品在惡劣的環境下測量下的虛假回波。脈沖波信號含有專有的自清潔功能，可防止物料黏附在天線喇叭的內表面。從而保證在任何惡劣的環境下確保非常低的維護量進行長期可靠的工作。

　　在使用以上設備進行物位測量時，雖然有實時物位數據出來，但由于無法確知倉內實際情況，對測量數據的準確性無法做出正確判斷，仍需經常通過人工的測量方式對設備測量數據進行二次標定，使得測量設備無法正常投入到自動化運行中。由于市場的發展產品的更新，隨之而來的是價格方面的更新，請根據你的工況量身定制你所需要的產品吧！

綜合以上的產品及市場分析，相信對您的選擇一定很有幫助！

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