科技创业^月_刊

PIONEERING WITH SCIENCE & TECHNOLOGY MONTHLY

多个（不是一个）晶振作为发射源，相对于普通的超声波探头，它的发射频率更高、波束角更小（可至 6°）。

1．2．3 两线制连线方式

西门子公司的超声波探头一般都采用两线制模式，除了进行传输和识别超声波探头脉冲信号，同时也进行温度信号的传输以实现温度补偿的作用。 不同于常见的三线制模式，两线制模式既可以选择双绞屏蔽线作为传输线缆，也可以选择抗干扰能力更强的同轴电缆。它的优点是：传输距离最长可达 365m，最大程度地实现多点测量；最有效地克服来自环境的噪声，使回波信号更加可靠稳定。

2 雷达料位计技术特点

2．1 原理及应用

微波物位计和超声波物位计一样，也是基于回波测距原理的物位测量方式。 不同的是，它是一种电磁波，在传播的过程不需要传输媒介的传递，因此基本上不需要考虑挥发性气体和蒸汽、温

度、压力（真空）、甚至粉尘的影响。

微波和所有的电磁波一样在自由空间中是以光速 （300 000 000m ／ s）传播，电磁波到达目标并经反射返回接收器这一来回所用的时间几乎是瞬间的。西门子推出的 Sitrans LR460 固体型雷达是专门用于测量粉状固体料位的雷达物位计，比如：电厂的飞灰仓、粉煤仓、石灰石粉仓等。

2．2 技术特点

2．2．1 K 波段高频技术

微波物位计的典型波段为 5．8GHZ、 10GHZ、24GHZ。 通常人们称为 5．8GHZ

（或 6．3GHZ） 的频率为 C 波段微波； 10GHZ 的频率为 X 波段微波；24GHZ

（或 26GHZ）的频率为 K 波段微波。

在过去很长一段时间，非接触式雷达物位测量技术被认为只能测量液体介质。 西门子提出采用 K 波段（24GHZ）的雷达测量技术，能大大改善雷达波在固体表面的发射效果，从而达到测量固体料位的理论。

这是因为，根据波的特性公式波的速度＝波的频率 X 波长， 高频的微波相对低频的微波而言， 具有更小的波长，在倾斜的粗糙度的固体表面能够形成更多的发射，使微波测量固体的可靠性

192 科技创业月刊 2010年第10期

西门子煤仓料位计探讨

也大大提高了，目前这一理论已经被各家雷达物位计生产商所接受，并成为固体型雷达料位计的标准。 另外，由于采用高频率的微波技术，根据雷达天线增益的公式：G＝η＊（π＊D ／ λ）2，其中η为孔径系数，D 为天线的尺寸，λ为微波的波长。 可以推出，采用 K 波段的雷达物位计可以采用较小的喇叭口得到较大的增益值， 因此一般 24GHZ 的雷达一般只需要采用 4 寸的喇叭口天线就可以得到非常好的性能，使安装变得更加方便。

2．2．2 FMCW 工作原理

FMCW 微波物位计采用线性的调制的高频信号。 它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。 天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。 发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。

采用 FMCW 原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。 被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。 任何差值会自动得到补偿，这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引起的可能的测量漂移。采用 FMCW 的工作原理的雷达物位计的精度、稳定性和可靠性一般都要优于脉冲方式的雷达物位计。

固体料面由于本身的形状和表面特性比较复杂，而且还处于不断地变化中。因此， 料位测量结果的稳定性和可靠性的提高对于系统控制来说至关重要。

2．2．3 四线制供电

在粉尘大、量程大、料面安息角较大而导致能量散射严重的工况中，经常会因为回波信号微弱而导致失波，甚至仪表工作“死机”。 采用四线制的供电方式保证了仪表的发射功率较一般的两线制的雷达要强得多，使其可靠性达到最理想的状态。

3 安装和调试

3．1 安装位置的选择

尽可能选择远离进料口的位置，以避免在进料状态时，超声波或雷达波束感应到物料而造成误动作。 尽量保证在超声波或雷达在有效测量范围内的波束不会“接触”到任何障碍物，比如：人梯、横梁、搅拌器等。 测量点最好选择能够准确反映平均料位的位置。 如进料口是在中心位置的话，物料会在进料时形成中间高四周低的形状，将测量点选择在中间不能反映真实可信的料位。

3．2 瞄准器

在测量固体料位时，通常料位计不会安装在中心位置，而进料口是在中间位置，一般都需要用到瞄准器来调整探头的角度， 一般都是选择瞄准出料口。因为大多数固体料仓的底部是锥形的，在空仓的情况下，如果探头的安装是垂直往下的，那么就可能会造成回波打在料仓底部无法回收。 如调整瞄准器的安装角度，则可从物料上收到最有效的漫反射回波， 保证测量得到最可靠的回波。 超声波料位的瞄准器需要另外配置， 也可以自己简单地制作。 Sitrans LR460 固体型雷达则将瞄准器作为标准配置，并且为了适应工况需要———很多混凝土料仓的仓顶较厚，将喇叭口天线设计地比较长，可以深入仓内，以避免由于仓顶过厚造成的干扰。 而且， Sitrans LR460 固体型还提供了延长管的设计，以满足过长的安装立管的要求

（见图3）。

 

3．3 方便的调试

西门子公司的物位计设计了更加人性化的安全的现场仪表调试方式，它可以通过一种红外手操器对仪表进行参数设定，而不需要直接接触仪表显示屏进行操作， 使操作工人更加方便，而且，手操器本身也提供了本质安全的防爆认证，即使在防爆区内，也同样可以进行调试操作。

参考文献

1 史登跃，薛梅花．雷达料位计的原理及应

用［J］．中国计量，2004（8）

（责任编辑 戴 钧 张 芝）