想要使雷達物位計在實際應(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物位計選型手冊上也有詳細的說明。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。接下來就詳細介紹這個重要的參數(shù)——雷達物位計量程。
1、雷達物位計量程
通常所說的雷達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入測量的盲區(qū)范圍內(nèi)，儀表會進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入儀表盲區(qū)內(nèi)。量程代表的是該儀表在理想的標(biāo)準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，有可能會遠遠低于標(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)原理的雷達物位計測量范圍更大。
表1 國外高性能固體雷達物位計參數(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
雷達波在空氣介質(zhì)中以光速進行傳播，在較小的距離內(nèi)雷達信號從發(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 雷達物位計量程指標(biāo)對料位檢測的影響
雷達物位計量程指標(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，雷達儀表的實際可測距離可能遠遠低于標(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 雷達物位計量程指標(biāo)反映雷達檢測能力的高低
雷達物位計量程指標(biāo)直接表征了雷達物位計檢測能力的高低，反映了雷達物位計檢測動態(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)境的前提下進行有效準確的測量，因此雷達物位計的發(fā)射功率被嚴格限制，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檢測能力對產(chǎn)品的技術(shù)性能要求極高，代表著雷達產(chǎn)品的技術(shù)先進程度，因此各雷達物位計廠家都在該技術(shù)的研究上投入了很大的精力。目前進口品牌的產(chǎn)品已經(jīng)可以達到100m量程（西門子LR460），市場上該類產(chǎn)品最大的量程可以達到150m。
綜上所述，量程指標(biāo)代表了雷達檢測能力的高低，反映了雷達的信噪比高低，也就是反映了雷達檢測微弱有效回波信號的能力高低。那么不同量程的雷達物位計對檢測微弱回波信號的能力到底有多大差距呢？可以通過軍事雷達領(lǐng)域權(quán)威的雷達方程來分析：
......................公式① 
.............................公式②說明：公式中Pr為雷達接收到的目標(biāo)反射功率，dBm；Pt為雷達發(fā)射功率，dBm；G為天線增益，dB；λ為雷達波長，m；σ為目標(biāo)的散射截面積，m2
公式①反映的是在標(biāo)準情況下，即被測目標(biāo)對雷達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物位產(chǎn)品的技術(shù)含量及檢測能力遠遠高于小量程雷達。
3、如何選擇雷達物位計量程
為了保證物位檢測的穩(wěn)定可靠，在雷達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
