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                                        液位計方法之微波法

                                         在電磁波譜中將波長為1~1000mm的電磁波稱為微波。微波的特點是在各種障礙物上能產生良好的反射,具有良好的定向輻射性能;在傳輸過程中受到粉塵、煙霧、火焰及強光的影響小,具有很強的環境適應能力 。
                                        1. 反射式微波液位計
                                          利用微波反射的原理制作的液位計,可以連續檢測與實現液位定點控制。通常微波發射天線傾斜一定的角度向液面發射微波束,波束遇到液面即發生反射,反射微波束被微波接收天線接收,從而測定液位,其原理如圖7-15所示。 
                                           
                                            
                                                 圖7-15反射式微波玻璃管液位計原理圖
                                        微波接收天線接收到的微波功率為:
                                           
                                        式中H——兩天線距料面垂直距離。
                                        由于發射功率Pi,波長λ天線增益GiGr都是保持穩定不變的,故上式可簡化為:
                                           
                                        式中:K1 —— 增益常數,決定于微波波長、發射功率及天線的增益;
                                             K2 —— 距離常數,決定于天線安裝的方法與位置,主要是距離。
                                        可見,只要測定了天線接收到的微波功率,液位H 就測量了,即:
                                           
                                            微波功率的測量通??捎脽犭娀驘嶙璧仍?,再配合相應的測量電路,最后經數據采集和信號處理根據接收到的微波信號功率,顯示和輸出液位測量結果。也可用專門的微波檢波管(如2DV檢波二極管)檢波成直流電流由微安表直接顯示。
                                            在測量環境有大量水蒸汽時,由于水(蒸汽)會對微波產生強烈吸收,因此可能會對測量結果產生較大的影響,對此應該引起足夠重視。
                                        2. 調頻連續波式物位計
                                          圖7-16是目前在工程應用較多的調頻連續波式微波物位(液位和料位)計。
                                              
                                                          圖7-16 調頻式微波物位計
                                            通常只需將發射、接收天線裝在被測料倉(罐)上方,即可對物位進行連續測量。這種調頻連續波式微波物位計抗機械噪聲、電磁噪聲能力強,在高溫、高壓、高粘度情況下,可連續、快速而準確地測出目標物體的物位值。
                                        調頻連續波式微波物位計工作原理如圖所7-17所示。 
                                            
                                                    圖7-17 調頻式微波液位計原理示意圖
                                        固態源頻率變化規律為:
                                           
                                        式中:T——調制波周期;
                                             F——調制波頻率;
                                             f0——固態源初始頻率;
                                             f2——本振頻率;
                                             Δf0——固態源在調制信號1/2周期內的頻偏范圍;
                                             t——時間。
                                        回波頻率為:
                                           
                                        式中:
                                        f1——回波頻率;
                                        Δt——微波往返于被測對象之間的延遲時間Δt=2L/C,C為光速,L為被測距離;
                                        所以,差頻頻率Δf為:
                                           
                                        由上式整理得被測距離L為:
                                           
                                            從上式可以看出被測距離L與差頻頻率Δf成正比。當固態源的調制頻率F和頻偏Δf一定時,只要測出Δf,就可以計算得到L。
                                        當固態工作頻偏Δf0=300 MHz,調制頻率F=1kHz,則有:
                                           
                                        即被測距離L每變化1m時,差頻頻率為4kHz。
                                            采用三角波雙重調制可以克服調頻式微波物位計的部分固有誤差;加上采取其他措施,微波物位計的測量精確度可達±1%。測量范圍一般為0.5--20 m,最大可達幾十米(由固態源發射功率大小決定)以上。
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