想要使雷達(dá)物位計在實際應(yīng)用中取得良好的使用效果，合理選型是其中的關(guān)鍵因素。其選型涉及的方面很多，如何選型在各種雷達(dá)物位計選型手冊上也有詳細(xì)的說明。在眾多選型參數(shù)中有一個參數(shù)對料位檢測效果起著至關(guān)重要的作用，但由于理論性較強，在實踐中對該參數(shù)的介紹并不詳盡，因此造成很多用戶對其代表的重要意義了解不足，往往忽視了該項參數(shù)的重要性。接下來就詳細(xì)介紹這個重要的參數(shù)——雷達(dá)物位計量程。
1、雷達(dá)物位計量程
通常所說的雷達(dá)物位計量程指的是儀表的測距范圍，一般在產(chǎn)品技術(shù)手冊中以測量范圍這一個指標(biāo)或以盲區(qū)指標(biāo)和量程指標(biāo)這兩項來注明。其中盲區(qū)指的是儀表能檢測到的目標(biāo)料面與儀表之間的最小距離，量程指儀表能檢測到的目標(biāo)料面與儀表之間的最大距離。
盲區(qū)代表的含義是一旦料位進(jìn)入測量的盲區(qū)范圍內(nèi)，儀表會進(jìn)入不確定的測量狀態(tài)，輸出的是一個隨機的測量值，可能給出完全錯誤的檢測結(jié)果，因此在使用中必須確保料位不會進(jìn)入儀表盲區(qū)內(nèi)。量程代表的是該儀表在理想的標(biāo)準(zhǔn)工況下最大的可測范圍，而儀表在現(xiàn)場使用中最大的實際可測距離還需依據(jù)具體工況而定，有可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)稱的量程指標(biāo)。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和產(chǎn)品的不斷更新，目前市面上非接觸式雷達(dá)物位計產(chǎn)品所應(yīng)用的原理主要有脈沖式和FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)式兩種，在上述提到的兩項指標(biāo)上的發(fā)展趨勢都是盲區(qū)越來越小，量程越來越大，這種發(fā)展趨勢在應(yīng)用于固體料位檢測領(lǐng)域的雷達(dá)物位計中更加顯著。表1列出了專門用于固體料位檢測的固體雷達(dá)生產(chǎn)廠家的高端產(chǎn)品的性能指標(biāo)，從表中（數(shù)據(jù)取自各廠家官方網(wǎng)站）可以看出采用FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)原理的雷達(dá)物位計測量范圍更大。
表1 國外高性能固體雷達(dá)物位計參數(shù)對照表
品牌/型號/采用原理/量程/盲區(qū)
E+H/FMR250/脈沖/70m/0.4m
Vega/PULS68/脈沖/75m/0.4m
Krohne/6300C/FMCW/80m/0.3m
Siemens/LR460/FMCW/100m/0.35m
2、雷達(dá)物位計量程對料位檢測的影響
2.1 盲區(qū)指標(biāo)對料位檢測的影響
雷達(dá)波在空氣介質(zhì)中以光速進(jìn)行傳播，在較小的距離內(nèi)雷達(dá)信號從發(fā)射到接收經(jīng)歷的時間極短，盲區(qū)越小代表著儀表對時間及距離的分辨能力越高，同時雷達(dá)物位計內(nèi)部也需要更快的響應(yīng)速度，是儀表綜合技術(shù)性能的一個重要體現(xiàn)。對于料位檢測來說，盲區(qū)的存在可能對安全生產(chǎn)造成隱患，發(fā)生冒料或其他事故，因而無法保證連續(xù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。故在雷達(dá)物位計選型中盲區(qū)越小越好，盡量選擇零盲區(qū)產(chǎn)品。
2.2 雷達(dá)物位計量程指標(biāo)對料位檢測的影響
雷達(dá)物位計量程指標(biāo)選擇是否適當(dāng)直接關(guān)系到料位的檢測是否可靠，是否能夠全區(qū)間地檢測到物料在料倉內(nèi)的料位變化情況。目前在工業(yè)生產(chǎn)過程中，一般料倉的高度在10-20m，少數(shù)較高的料倉在50-70m，一般客戶在物位計的量程選型時認(rèn)為選擇與料倉高度相同的量程或者稍有余量即可，但這種選型方式在實際應(yīng)用后的效果并不理想。例如30m量程的雷達(dá)液位計無法檢測水面有較大波動的10m深泵池液位，70m量程的雷達(dá)無法檢測料倉高度只有20m的成品水泥倉的情況，這些情況在實踐應(yīng)用中經(jīng)常遇到。一般雷達(dá)生產(chǎn)廠家給出的量程指標(biāo)代表的是該型號儀表在理想工況下能檢測到的最大距離，而在實際應(yīng)用中由于料面波動、料形復(fù)雜、粉塵大、物料介電常數(shù)低、入料干擾等因素的影響，雷達(dá)儀表的實際可測距離可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)稱的量程指標(biāo)，這一點用戶在選型使用中必須加以重視。
2.3 雷達(dá)物位計量程指標(biāo)反映雷達(dá)檢測能力的高低
雷達(dá)物位計量程指標(biāo)直接表征了雷達(dá)物位計檢測能力的高低，反映了雷達(dá)物位計檢測動態(tài)范圍的大小及檢測微弱有效信號的能力，是代表雷達(dá)物位計檢測儀表技術(shù)含量的重要參數(shù)。料位能否被穩(wěn)定可靠的檢測取決于雷達(dá)的有效回波信號強度與背景噪聲強度之比，即信噪比，信噪比越高則料位檢測越可靠。信噪比屬于專業(yè)性很強的內(nèi)部技術(shù)指標(biāo)，不會在雷達(dá)物位測量產(chǎn)品選型手冊中給出，但該指標(biāo)完全可以通過儀表的量程來表現(xiàn)。
在具體應(yīng)用中有效回波信號強度取決于雷達(dá)的信號發(fā)射功率和現(xiàn)場的實際工況這兩方面，發(fā)射功率越大、現(xiàn)場工況越理想則有效回波信號強度越強。對于工業(yè)測量儀表來說，要求以最小的發(fā)射功率，在不影響人體及環(huán)境的前提下進(jìn)行有效準(zhǔn)確的測量，因此雷達(dá)物位計的發(fā)射功率被嚴(yán)格限制，不可通過加大發(fā)射功率的辦法來提高檢測能力。一般調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的發(fā)射功率只有0dBm（1mW）左右，該功率只是手機通話時最大功率的幾百分之一。用如此小的功率進(jìn)行檢測，儀表的可靠性就變得非常重要，否則可能會出現(xiàn)間歇性或連續(xù)性的測量失效情況。為了提高雷達(dá)物位儀表的檢測能力以保證其測量的可靠性，最合理的方式是通過降低儀表的背景噪聲來實現(xiàn)，背景噪聲越低能夠檢測到的微弱有效回波信號的能力就越強，能夠克服各種惡劣工況對料位檢測不利影響的能力也就越強。但是通過這種方式來提高雷達(dá)檢測能力對產(chǎn)品的技術(shù)性能要求極高，代表著雷達(dá)產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)程度，因此各雷達(dá)物位計廠家都在該技術(shù)的研究上投入了很大的精力。目前進(jìn)口品牌的產(chǎn)品已經(jīng)可以達(dá)到100m量程（西門子LR460），市場上該類產(chǎn)品最大的量程可以達(dá)到150m。
綜上所述，量程指標(biāo)代表了雷達(dá)檢測能力的高低，反映了雷達(dá)的信噪比高低，也就是反映了雷達(dá)檢測微弱有效回波信號的能力高低。那么不同量程的雷達(dá)物位計對檢測微弱回波信號的能力到底有多大差距呢？可以通過軍事雷達(dá)領(lǐng)域權(quán)威的雷達(dá)方程來分析：
......................公式① 
.............................公式②說明：公式中Pr為雷達(dá)接收到的目標(biāo)反射功率，dBm；Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，dBm；G為天線增益，dB；λ為雷達(dá)波長，m；σ為目標(biāo)的散射截面積，m2
公式①反映的是在標(biāo)準(zhǔn)情況下，即被測目標(biāo)對雷達(dá)波均勻全向散射的情況下，回波信號功率和檢測距離（即量程）之間的關(guān)系。公式②反映的是在最理想情況下，即被測目標(biāo)對雷達(dá)波無損耗定向全反射的情況下，回波信號功率和量程之間的關(guān)系。從上述公式可以看出在其它條件不變時，雷達(dá)能接收到的回波信號功率和距離（量程）的平方或四次方成反比，也就是說量程擴大一倍，雷達(dá)儀表檢測微弱信號的能力需要提高4-16倍，由此可以看出大量程雷達(dá)物位產(chǎn)品的技術(shù)含量及檢測能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小量程雷達(dá)。
3、如何選擇雷達(dá)物位計量程
為了保證物位檢測的穩(wěn)定可靠，在雷達(dá)物位計選型時量程的選擇必須要留有足夠的余量，在實踐中量程的選擇原則可根據(jù)測量對象及應(yīng)用工況的不同加以區(qū)分。測量液面平靜的高介電常數(shù)物料的液位，量程稍有余量即可；測量液面波動較大或介電常數(shù)較低的物料的液位，量程應(yīng)預(yù)留1倍余量或更多。測量介電常數(shù)較高、顆粒度均勻、顆粒大小適中、物料流動性好、料面較平整的固體物料的料位，量程應(yīng)預(yù)留1倍余量；測量一般工況下的固體物料料位，量程應(yīng)預(yù)留2倍余量；測量粉體物料或低介電常數(shù)固體物料如水泥行業(yè)的各種料倉料位，因為存在著粉塵大、料形復(fù)雜、回波弱等不利因素的嚴(yán)重影響，一直是料位檢測領(lǐng)域的世界性難題，在量程的選擇上盡量選取可用的最大量程產(chǎn)品。這樣可以保障在極其不利的檢測環(huán)境下，微弱的回波也可以保證被有效的檢測，從而保障料位檢測的高可靠性。
文章作者：尹毅強
