在固体物料(如沙石、煤炭)的料面测量中,由于料面存在一定的安息角,通常利用雷达波在粗糙表面的漫反射特性进行测量。
微波在粗糙的固体表面(包括颗粒状物料)上的反射效果,取决于微波波长与表面粗糙度(即颗粒粒径)的关系。当表面粗糙度接近或大于微波波长时,微波会产生漫反射,类似于光波在毛玻璃上的反射。漫反射导致大部分微波能量被散射,仅有一小部分返回,容易造成失波现象。因此,测量固体料面时,需要选择比测量相同距离液面更强的微波能量(通常提高一倍或更大量程)。
漫反射的强度与物料粒径成正比,与波长成反比。形成漫反射的近似条件为:固体颗粒直径 > 1/6 波长。波长 λ 与频率 f 的关系为:c = λf ③,其中 c 为电磁波传播速度(3×10⁸ m/s),λ 单位为 mm,f 单位为 GHz。
由公式③计算可知:采用 K 波段、频率为 26 GHz 的雷达物位计时,波长约为 8.6 mm,对于粒径大于 2 mm 的物料均可形成良好的漫反射;而采用 X 波段、频率为 6.3 GHz 的雷达物位计时,波长约为 52 mm,对于粒径较小的颗粒状物料,漫反射效果差,回波信号干扰严重。为改善测量性能,可提高发射信号频率。目前,大部分散装物料粒径远小于 50 mm,因此 26 GHz 雷达是测量散装料位的最佳选择。
对于粉状物料,尤其是气动输送的粉料,尽管理论上粉尘对雷达波影响不大,但大量粉尘仍会产生散射,影响回波信号。此时可选择缆式导波雷达。由于微波在钢缆中传输,物料输送过程中产生的粉尘对测量无影响。例如,闪速炉中的精矿、石英、粉煤等物料,采用嘉可自动化仪表的 JK 系列缆式导波雷达可获得良好测量效果。
对于颗粒状或块状物料,导波雷达的缆绳容易被坚硬物料损坏,例如在石灰石仓料位测量中曾遇到此问题。因此,需选用高频雷达物位计,且微波发射角越小越好。频率越高、波长越短,雷达波越能在粗糙固体表面被最大程度反射回探头;发射角越小,杂波和漫反射的概率越低。


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