雷達料位計的選型和應用總結
一總結：
物位是水泥工業生產過程的主要測量參數之一，和其他行業不同，在水泥工
業中主要是固體物料的物位測量，液位測量則很少。固體物料種類繁多，有塊狀、
顆粒狀、粉狀，這些物料的介電常數、容重、溫度、水分含量也各不相同。接觸
式測量是過去測量物位的主要手段，如電容式、重錘式、音叉式、阻旋式，攬式
等測量方法，由于測量時儀表和物料是接觸的，在使用過程中往往會出現各種問
題，如電容的掛料；重錘的斷錘、埋錘；音叉的堵料等，且日常的維護量很大。
到20世紀末，水泥工業開始采用非接觸的物位測量，較早成熟的非接觸的測量
技術有超聲波技術．
超聲波技術近幾年來發展很快，是目前應用最廣泛的非接觸式測量方法，特
別在液位測量。在水泥廠超聲波物位測量已較普遍應用在原料調配庫、原煤庫、
熟料庫等，但超聲波必須借助于介質傳播，如在水泥廠的儲庫物位測量通常以空
氣作為傳播介質，而空氣的溫度、濕度的變化會影響超聲波傳播速度，空氣中的
粉塵也將衰減超聲波的傳播信號；當前超聲波物位測量僅用于測量塊料或顆粒狀
的物料，對粉倉料位的測量，由于粉倉料位表面在下料時非常疏松，對超聲波信
號有較強的衰減，現未使用．
九十年代末期，在過程檢測領域出現了高性能、低價格的微波物位計即雷達
料位計，所謂微波是電磁波，其頻率范圍為300MHz～300GHz, 微波的傳播速度
為3x108 m/s, 如設頻率為5. 8GHz, 在大氣中波長約為52mm，其穿透力強，傳
播速度不受粉塵、蒸汽及介質組分的影響，傳播衰減也很小；對被測固體物料除
要求其介電常數ε>1.8外，物料的溫度、壓力、密度等幾乎不影響對其準確的
測量；現有雷達料位計在天線設計和形狀確保了接受回波的能量；另外現場調試
也十分簡單，通過專用的軟件，能把正確的回波迅速找到，并立即換算為物位值。
由于比超聲料位計有其更卓越的性能，近幾年來，雷達料位計迅速、大量進入了
過程檢測儀表的市場，在各行業普遍使用，如中環天儀西門子組裝雷達料位計。
在水泥行業也幾乎由雷達料位計統占物位測量的領域，據統計近幾年來新設計的
大型水泥廠和粉磨站的各類庫和倉近90%采用了各種類型的雷達料位計如西門
子雷達料位計，成功用在內蒙古冀東水泥廠，北京水泥廠等項目．
二． 雷達料位測量原理和主要技術因素
雷達料位計是利用回波測距原理。發射天線向被測目標發射微波，被測目標
的微波被接收天線接收，信號處理器將發射信號與接收信號比較，計算出被測距
離，并可算出相應的物位值。
微波脈沖來回傳播時間t由下式決定：
t= （1）
式中a—天線到被測目標的距離
c—微波傳播的速度（光速）
由于微波在傳播途徑上有衰減和干擾反射，故測量的關鍵是要能接收到反射回
波，并識別出有效回波。接收的回波能量Pk可用簡化的雷達方程表示如下：
Pk=Pτx C x GiGtGr/r4 （2）
式中： Pτ—天線輻射功率C ——- 經驗系數，由經驗決定
Gi——- 由目標表面介電特性及面積決定的反射增益
Gt，Gr—天線發射和接收效率
r—天線與目標間的距離
從式（2）知：接收的回波能量大小與天線的發射和接收效率以及天線輻射
功率有關，故雷達料位計的天線設計和形狀很關鍵關鍵，現有的天線除號角天線
（喇叭口）和棒狀天線外，還有平面天線和拋物面天線，為用于介電常數較小的
物料，將纜繩作為天線或安裝導波管，纜繩和導波管一直延伸到庫或倉底，由此
來傳遞發送和接收的電磁波，增強了回波的信號。
從式（2）還知：接收的回波能量大小與物料表面的介電特性有關，介電常
數ε高，反射率高，得到的回波強度也高；介電常數ε低，物料會吸收部分微波
的能量，回波強度也較低。通常要求被測物料的介電常數ε：液體為ε>1.8,固
體ε>2.5， 水泥廠固體ε>2.5，水泥的介電常數ε為3。
在水泥工廠，各種固體物料儲存在庫或倉里，都存在物料的安息角，回波反
射也會象超聲波一樣存在漫反射，產生干擾回波和假回波，通過軟件可排除干擾
回波和假回波，但有效回波強度會減少很多，故設計選型時，要考慮衰減，選量
程要留有一定的余量。
三 雷達料位計的選型
1．脈沖型和調頻連續波雷達
用于測物位的雷達料位計通常分為兩類：脈沖型雷達（Pulse）和調頻連續
波雷達（FMCW）。在過程監測場合主要選用脈沖型雷達，由于其頻率較低（6.3GHz），
并且在天線結構設計時充分考慮了冷凝、積料等影響，還能利用超聲波料位計中
的回波信號處理，在有攪拌器等復雜工況中也能識別有效回波，價格相對也較便
宜，故在水泥行業中主要采用了以中環天儀西門子組裝雷達為代表的雷達．雷達
由于發射功率大，量程大，價格也有較大下降，而且可靠性高，故近期在水泥行
業已較多采用了此中環天儀雷達。
2．顆粒狀物料的選型
在水泥廠原料大多是顆粒狀物料，少數是塊料，如石灰石、原煤、頁巖等，
其半成品熟料也是顆粒狀物料，儲存在庫或倉里，都存在物料的安息角，但也有
反射介面。根據入料和卸料所形成的物料安息角和表面情況，在確定有效量程后，
建議采用非接觸型的雷達料位計，即帶有棒形或號角形天線的料位計。如用接觸
型的雷達料位計，會產生對纜繩較大的下拉力，造成事故。根據水泥廠信息反饋，
號角形天線的料位計回波更強，精確度更高（±0.2～±1% F.S）,
3．粉狀物料的選型
在水泥廠和粉磨站水泥庫一般有4～8個，在水泥廠還有生料均化庫和粉煤
灰庫，這些物料全是粉料，非常難測其料位。在庫里的粉料表面非常疏松，微波
反射相當困難，為此建議采用接觸型雷達料位計,也可選用大法蘭的非接觸型雷
達料位計，較典型雷達：中環天儀組裝雷達。
4．二線制
目前使用的雷達料位計大多是一體化的產品，由二線制供電，可直接接控制
系統的模塊，輸出4～20mA的模擬信號，可節省大量電纜；同時還提供HART數
字信號和各種協議的現場總線的數字通信功能，和計算機監控系統連接非常方便．
四． 結論
水泥廠的物位測量是水泥生產線自動化系統一個重要組成部分，雷達料位計
的應用解除了人們對水泥廠的物位測量的疑慮，現有雷達料位計在品種、精確度、
標準材料、耐壓、耐高溫、防爆等方面都能滿足水泥廠檢測和控制的要求。