雷达超声波传感器在工矿企业中的应用缺失

戴宏伟 董延超

（1.河南格瑞特科技有限公司 郑州 2.洛阳钼业集团股份公司 河南洛阳）

雷达、超声波传感器近年来发展迅速，在位置传感方面，由于测量范围广、精度高、反应快、环境耐受程度好，在工矿企业、交通运输、商业民用领域应用越来越广泛。特别是在工矿企业，自动化程度要求越来越高，工序之间的配合要求越来越严格，位置、距离、速度等方面的控制已成为生产流程中重要的一环。通过测量料位、工位、液位、距离、速度等参数即能实现自动控制，正在逐步取代传统的传感器装置。而雷达、超声波传感器在应用过程中存在的不足主要表现是：因选型、安装或使用不当，造成测量失准、控制失效或故障增多，甚至已经影响到正常的使用和推广。为此，就雷达超声波传感器在工矿企业应用过程中存在的缺失问题，谈几点个人看法。

一、对实际的测控要求及参数掌握不准确

雷达、超声波传感器对数据的测量转换传递，是为了更快、更好和更安全地实现目的控制，完成目标任务。作为项目实施人员，对控制参数的要求应该有准确的了解，如距离、位置、速度、时间等，这些参数是传感器选型的基本依据，某些参数的获取甚至要经过严格的分析计算。但不少用户在这方面做得不够，未能将雷达、超声波传感器在企业生产中的作用真正发挥出来。

例如，公司曾为某矿山企业做过这样一个案例，尾矿库沉淀区溢流水循环流入回水池回收，然后由离心式清水泵送回生产区域的高位水池供生产使用。因自然蒸发及地下渗漏损失，回收水只占到生产用水的70%，30%的补充水来自尾矿库下游回水池不远处的水库，水库中装有一备一用2台潜水泵（额定流量是离心泵的50%），向回水池补充用水量。回水池回收水位上升到一定高度时，清水泵（选型略大，不连续开机）自动开启，向高位水池供水；回水池水位下降到一定位置后，水库中的潜水泵自动开启补水，回水池水位继续下降到一定位置时，清水泵和潜水泵全部关停。一段时间后，回水池内蓄水量位置达到一定高度，下一个供水循环开始。水位的测定和水泵的启停是由超声波位置传感器来实现的，之前因为参数把握与设置不准确，2台水泵的启停或提前或滞后，经常导致生产供水量不足或过供水，出现了水向外溢流造成污染环境和资源浪费等问题，即供水不足时影响生产，过供水又增加了生产能耗。为解决上述问题，对相关参数进行了严格的核实和计算，如回水池蓄水量、水泵实际流量、生产用水情况、每台泵开启关闭时回水池内的水位高度，两类泵运行时间和间隔的长短等。传感控制系统是根据实际掌握的具体参数精确设定的，实现了精准控制2台泵的启停运行，降低了水源的流失和能量消耗，确保了生产的连续性，避免了不规律的开停机情况，完全做到了对给供水系统自动、高效和规律的控制。上述精准有效的控制之所以能够实现，是在所有参数已知或精确计算掌握后，再对系统合理设计、选择、调整、设定后得以实现的。

二、用户对传感器工作原理及性能参数不熟悉

超声波和雷达测量位距的原理不同，从而导致其运用范围有一定的区别。雷达波传导和被测物质的介电常数有关系，超声波传递和被测物质的密度有关。如果是介电常数很低的物质，雷达的测量效果就要打一定的折扣。所以对固体物质的测量，建议使用厂家推荐的超声波。

1.适用场合

雷达发射的是电磁波，不需要传播媒介。超声波是声波中的一种，是一种机械波，是需要传播媒介的。两种波的发射方式也各不相同，超声波是通过压电物质的振动来发射的，不可能用在压力较高或负压的场合，一般只用在常压容器。而雷达可以用在压力高的地方。雷达的发射角度也比超声波大。在窄小容器中不推荐使用非接触式雷达，最好使用导波雷达。

2.精度与价格的优势

（1）精度比较。雷达波传导测量的精度一般比超声波高。在测量精度要求高的地方，一般是选用高精度雷达。

（2）价格比较。一般情况下超声波价格要比雷达低，而大量程的超声波价格，总体上来说也还是比较高的。因此，具体选型时要根据具体工作及参数要求等，选择计量范围合适及功能适用的传感器。用户在这方面知识的了解上，还存在一定的短板，因而增加了选型、使用中的风险系数。信息工程已进入到一个高速网络化的时代，动动手指，无所不在。同时，也给雷达、超声波传感器等提供了发挥优势的机遇与空间。

为解决时宜性的问题，必须具有能够针对性的了解一些知识的能力，使之相对变得更为简单和直接。例如，公司曾服务过一个位置传感器量用量比较大的企业，仓库中积压了一大批因选型失当又过了退换期的雷达传感器，因为制度的原因，一直得不到有效处理而闲置，最终因过期失效而被毁掉。不但给企业经济造成了重大损失，也使这些雷达传感器未能发挥出真正的作用。

三、使用环境因素的影响容易被忽视

无论多么先进的工器具，也不是在什么场合都是万能的，因为任何一门技术都有其局限性，任何一款产品也都有它的适应环境。如物位传感器应用时，温度、湿度、雾气、粉尘、噪声，以及酸碱度等诸多因素的影响和干扰，都是在选型之前必须要认真考虑的。例如，某石膏粉料仓控制用雷达料位计，使用过程中出现灵敏度不够甚至失控状态，经现场调研分析，是石膏粉落料过程中，飞溅入发射天线，一定时间后出现了吸潮板结，经过长时间越结越厚，影响了雷达波的发射和传递，以至出现测量偏差大，甚至失灵。为此,针对问题产生的原因，加装了定期吹尘除灰装置，上述现象得以解决。又如，某煤矿煤仓料位控制系统，初选料位传感器是国外大品牌的雷达料位计，安装调试完毕后，在试生产过程中暴露出反应迟滞、控制有效性不好等问题。经过专家现场分析后认为，虽然雷达料位计有较强的抗粉尘能力，但在抵抗介于粉尘和固体之间的粉团能力是否过关，值得探讨。为此，经过模拟性试验，发现效果确不理想。由于超声波抗粉团的能力要优于雷达波，为此决定试装超声波料位计。通过实践，其效果明显优于前者，而且投入费用大大降低。

四、选型时的切实性及合理性意识淡薄

由于用户的实际需求是第一位的，因此在保证满足需求的同时，还应兼顾性价比高，合理性好的原则。而在实际操作中其实不然，投资者往往在品类繁多的产品面前，常常不自觉地忘记了选型及使用的目的。主要体现在：

（1）在广告效应的引领下，往往会失去选择方向，甚至夸大了需求；关系各方出于自身利益的考虑，一些设计者会去迎合需方；个别生产厂家会去推波助澜，为把市场价格推高，有意把合同额做大。却不愿意提供切实可行的建议，大多建议用户选择那些功能多及价格高的产品。

（2）避免盲目选型造成的不良后果。由于人为忽略选型的合理性、适用性，在增加了用户成本投入的同时，产品应用中的有效性却在降低，供需双方合作的风险性在不断增加；从长远考虑，双方的实际利益也都在受到伤害。例如，笔者曾经服务过一家公司，在中矿矿浆箱中安装超声波位置传感器，其传递的位置信号，通过智能调节仪，变频调节渣浆泵的转速，从而实现流量控制。当时公司效益好，选型过程中有一个潜在的原则，即大厂优先、名牌优先和进口优先，而将性能、价格、售后等忽略了，结果选取的某款进口产品，因为选型不当和其他原因等，在应用过程中问题不断，售后服务又跟不上，最后与供货商交恶。这种不切实际的盲目选型，造成不良后果的情况，在企业经营管理过程中并不少见。

市场的需求千变万化，日新月异的制造技术也在实现着产品的多样化，从而满足人们的各种需求。传感器产品同其他产品一样，越来越专业化、系列化。正是因为其产品种类繁多，专业化程度高，不管是设计方、使用方，对其性能及结构的了解往往不是很全面。此时生产厂家的积极参与，积极提供合理与必要的方案和建议，就显得尤为重要。

五、安装调试方案的可行性与规范性不强

一个产品无外乎有研发、生产、流通、安装、调试、使用、报废等环节。其中安装调试在生产和应用中起着承上启下的作用，直接或间接影响着设备后期使用、保养与修理等。如果安装调试方法不当或安装调试过程不规范，都会给后期使用带来意想不到的后果。传感器也不例外，规范的安装过程和可靠的安装方案与方法，能最大程度地保证后期使用的安全性、可靠性及方便性。如果不是改造类项目，建议系统设计时要对传感器的安装与使用做出合理安排，既为安装提供便利条件，也能大幅度降低投资成本。

例如，笔者曾做过一个物位测量方面的安装调试工作。当时需方要求在某排水井外稍近距离处，测量水位（不断升高）下面的淤沙（不断升高的）的上表面，到水层上表面的距离。传统方法是在溢流井外壁上固定安装物位计和液位计各1只，因为水位、泥位都是不断上升的，要定期调整安装位置和定期标定测量基准点。传感信号通过数据传输计算转换，可以实现物位的实时测量和报警，但需要购置安装2件物位计，数据处理也相对复杂，使后期使用时的调整与标定工作较难，员工在操作时也有一定难度。经反复研究，最后采取在排水井壁上固定一个滑道，浮子沿滑道随水位上升而移动，防水物位计固定在浮子上，并随浮子上升，即测量的上基准点不变，标定调整工作只需1次；物位计只需1只；数据处理简单，一次性安装调整和标定；操作容易，投入降低。用户非常满意。