高周波レーダー式液面計：特徴・応用分野・選定ガイド

METRAVON 高周波レーダーレベルメーター：特徴、応用および選定ガイド。

は、電磁波を被測定物質の表面に送信し、反射された信号を受信することで、液面または粉体レベルを測定する高周波レーダーレベルメーターです。 本装置は、アンテナから液体または固体表面までの距離を算出し、その距離を連続的なレベル値に変換する。

産業用自由空間レーダーは、従来、6GHz、10GHz、 26GHz などの周波数を用いてきたが、現在では約 80GHz のレーダーが、液体およびバルク固体の両方の用途で広く採用されている。 高周波レーダーの主な技術的利点は、「より高い精度」だけではない。むしろ、比較的コンパクトなアンテナを用いて、より狭いビーム角、より集中した測定領域、およびより優れた目標分離性能を実現できる点にある。

1．高周波レーダー式レベルメーターの主な特徴とは何か？

光束の狭化

同様のアンテナサイズを用いることで、高周波数帯のレーダーは一般的により狭い光束を得ることができ、近傍の構造物からの反射を低減できます。

コンパクトなアンテナ設計

より小型のアンテナであっても、優れた集束性能を確保可能であり、小型のプロセス接続部や限られた空間での設置を容易にします。

ターゲットの分離性能が向上。

細いビームにより、攪拌装置、配管、構造梁、容器壁およびその他の内部障害物を回避しやすくなる。

設置の柔軟性が高まる。

狭い配管、高めのサイロ、小型ノズル、および内部形状が複雑な用途において特に有効です。

例えば、アンテナのサイズを同等に保った場合、 80GHz のレーダーは 26GHz のレーダーよりも著しく狭いビームを提供できます。 最終的なビーム角は、依然として動作周波数とアンテナの寸法の両方に依存します。

2. 26GHz と 80GHz のレーダーの違いとは何ですか？

26GHz は、依然として成熟し、信頼性の高い産業用レーダー周波数として定着している。 80GHz は、波長が短いため、コンパクトなアンテナを用いて狭光束設計を容易に実現できることから、ますます普及しています。

3．高周波レーダーは、バルク固体材料の測定に特に適している理由

塊状の固体表面は、滑らかな液体表面とは異なる。 材料の峰・谷、休止角、不規則な表面、粒子径、誘電特性、水分量、および照射角は、いずれも反射されるレーダー信号に影響を及ぼす可能性がある。

固体材料への応用における高周波レーダーの主な利点は、「粒子が小さいほど高周波エコーがより強くなる」といった単純な定則によるものではない。 代わりに、主な利点として以下の点が挙げられます：

— 集中測定領域

狭いビームを用いることで、材料表面のより狭い領域に焦点を合わせ、サイロ壁からの不要な反射を低減できます。

構造干渉の低減

配管、補強構造、梁、その他の固定された障害物の埋設を回避することが容易になります。

高さがあり、幅が狭いサイロに適しています。

ビームの広がりを抑えることで、長距離においても測定領域を集中させることができる。

最新の 80GHz レーダーは、高層サイロや内部構造が複雑な用途など、粉体・粒状材料の測定に広く用いられている。

4. 高周波レーダーは、小型タンクでの測定においてなぜ有効であるのか？

小型容器における主な課題は、通常、計測距離の総長ではなく、設置スペースの限られ、および容器壁、ノズル、攪拌装置、内部配管との近接性である。

高周波レーダーは、コンパクトなアンテナを用いて狭いビームを形成可能であり、これにより以下の効果が得られる：

• 小型のプロセス接続部への適合性向上；

• 容器壁およびノズルからの偽エコーの低減。

• 近傍の配管、攪拌装置、および構造的部材を避けてください。

• 限られた空間における設置の柔軟性を向上させる。

最小測定距離または近接領域の限界は、アンテナの長さから単純に決定することはできません。 これは、レーダー電子回路、アンテナ、信号処理、プロセス接続、および内部アルゴリズムを含む、装置全体の設計に依存します。 したがって、最終的なエンジニアリング設計には、選定したモデルのデータシートを使用することとする。

5. 高周波数であることが、常に精度の向上を意味するのか？

いいえ。

動作周波数はビーム幅、アンテナのサイズ、および標的との分離能に影響を及ぼすが、最終的な測定精度は以下の要因にも依存する：

• ラダーの電子回路および信号処理設計；

• 測定媒体の誘電特性；

• アンテナの構造；

• 取り付け条件；

• 測定範囲；

• 液体またはバルク固体の表面形状；

• 温度および加工環境。

このため、「 80GHz は常に 26GHz よりも正確である」という主張は、一般的な定則として成立しない。 高周波レーダーの主な利点として、ビーム幅の狭さ、コンパクトなアンテナ設計、および近傍の目標間の分離能の向上が挙げられる。

6. 粉塵を含むサイロにおける高周波レーダーの利点とは何か？

粉塵は、バルク状固体の貯蔵において一般的に発生する。 狭いレーダービームを用いることで、サイロの壁や構造部材からの不要な反射を低減しつつ、測定領域をより集中させることができる。

しかし、高周波数帯のレーダーが常に「塵をよりよく透過する」と断言するのは正確ではない。 粉塵環境における測定性能は、以下の要素に依存する：

• 粉塵濃度；

• 粒子の特性；

• アンテナの付着物；

• 材料の反射率；

• ラダーのダイナミックレンジ；

• エコー処理能力。

過酷な粉塵環境での適用の場合、計測装置の選定にあたっては、ビーム幅、アンテナの幾何学的形状、アンテナの汚染状態、信号処理能力、およびエアパージ機能の必要性を考慮すべきである。

7. 凝縮、堆積および蒸気はどのように対処すべきか？

ラダーは非接触式測定技術であるが、アンテナは依然として船舶の雰囲気中に曝されている。 アンテナ表面に凝縮、粉塵の堆積、結晶化、または被覆が生じると、信号の送信および受信に影響を及ぼす可能性があります。

：PTFEまたはポリマー製レンズアンテナ。

：滑らかな表面は、ある種の堆積を抑制する効果があり、また材料が製造工程に適している場合には、腐食に対する耐性を提供することも可能です。

ドリップオフ型アンテナの幾何形状

選択されたアンテナ形状は、凝縮物が持続的な液体膜として残留するのではなく、適切に排出されるよう設計されています。

空気洗浄

大量の粉塵や結晶化が生じる場合、空気洗浄接続により、アンテナ表面の清掃を支援できます。

8. 高温環境での使用はどのように対応すべきか？

高温環境での運用については、冷却チューブの存在のみではなく、計器の全体的な耐温性能に基づいて評価すべきである。

異なるレーダー設計では、以下の要素が用いられることがある：

• アンテナの延長部；

• 高温プロセス用シール；

• 熱的隔離構造；

• 遠隔または分離された電子回路；

• 専用高温用アンテナおよびプロセス接続部。

処理温度、周囲温度、シール材、および電子部品の温度限界については、それぞれ該当する計測器のデータシートから確認すること。

9. ラダーは容器の壁を透過して測定できるか？

それは容器の材質に依存する。

従来の自由空間型ラダー式液面計は、金属製容器の壁を通常は透過して測定することができない（）。これは、金属がマイクロ波エネルギーを強く反射するためである（）。

特定の用途では、動作周波数において十分なマイクロ波透過性を有する非金属製の窓または容器壁を介して、孤立した測定が可能となる場合がある。 材料、厚さ、誘電特性および幾何形状については、評価および試験を行う必要がある。

選定に関する注記：容器壁を介した外部取付けは、高周波レーダーにおける一般的な利点とはみなすべきではない。標準的な金属製タンクでは、適切な上部接続部または専用に設計された測定用窓が必要となる。

10.高周波レーダー用一般的なアンテナの種類

11. 高周波レーダーを選定する際に考慮すべき事項は何か？

中距離用

液体または固体用
誘電特性
粒子径
粉塵
腐食性

容器

高さおよび直径
加工開口部
内部構造
材料の凹凸部
取付け位置

加工条件

温度
圧力
蒸気
凝縮
堆積

システム要件

4-20mA
HART
RS485/Modbus
危険区域
侵入防止保護措置

：選定にあたっては、当該計測装置の実際のビーム角、最大測定範囲、最小測定距離、アンテナの寸法、および媒体への適合性を比較する必要がある。 単に周波数のみでは、エンジニアリング選定に十分ではありません。

12．一般的な技術仕様はどのように解釈すべきか？

以下の情報は、あくまで一般的な選定のための参考資料として提供されるものです。産業用高周波レーダー式液面計に関するものであり、すべての用途に適用可能な汎用規格と見なすことはできない。 METRAVON モデル。

FAQ：高周波レーダーによるレベル測定について。

Q1：「高周波レーダー」とは、 26GHz を指すのか、それとも 80GHz を指すのか？

A：この用語は時代とともに変化してきました。 26GHz は、従来の産業用計測機器において「高周波レーダー」と広く呼ばれていましたが、現在では 80GHz が重要な高周波プラットフォームとなっています。技術的な明確性を確保するため、可能な限り実際の動作周波数を明記することが推奨されます。

Q2： 80GHz が 26GHz に比べて持つ主な利点は何ですか？

A： 80GHz では、比較的小さなアンテナでより狭いビームを得ることができ、狭い配管、複雑な内部構造、および小型のプロセス接続において特に有用です。

Q3： 80GHz は常に 26GHz よりも精度が高いですか？

A：いいえ。周波数はビーム幅およびターゲット間の分離距離に影響を及ぼしますが、最終的な精度は、レーダーシステムの全体設計、信号処理、測定範囲、設置条件、およびプロセス条件に依存します。

Q4：バルク・ソリッドサイロに 80GHz のレーダーが頻繁に採用される理由は何か。

A：そのレーダーは狭いビームを持つため、より狭い材料の表面領域に焦点を当てることができ、サイロの壁や内部構造をより効果的に回避できる。また、現代のエコー処理アルゴリズムにより、不規則な材料表面におけるターゲット追跡性能も向上している。

Q5：高周波レーダーは粉塵をより良好に透過できるか。

A：これは信頼できる一般的な定則ではない。粉塵に対する性能は、粒子の特性、濃度、アンテナの汚染度、材料の反射率、および信号処理に依存する。粉塵を含むサイロにおける 80GHz 技術の実用的な利点は、ビームの集束性および現代のエコー処理技術との関連性により密接に結びついている。

Q6：なぜ 80GHz のレーダーは小型タンクに適しているのでしょうか？

A：コンパクトなアンテナと狭いビームにより、設置スペースが限られている船体壁、ノズル、内部構造を回避しやすくなります。

Q7：レーダーは金属製のタンク壁を透過して測定できますか？

A：通常はできません。金属はマイクロ波エネルギーを強く反射するためです。壁内測定は、適切に設計された非金属製の窓またはマイクロ波透過性容器構造を用いた特定の用途に限り可能である。

Q8：アンテナが大量の粉塵にさらされる場合、どのような対策が講じられるか。

A：滑らかなレンズまたはPTFE製アンテナの採用、適切な取付位置の選定、あるいは必要に応じてエアパージ方式の導入を検討すること。点検および清掃の頻度は、粉塵の蓄積速度に基づいて決定すべきである。

Q9：高温環境での運用には、冷却チューブの追加で十分でしょうか？

A：必ずしもそうとは限りません。伸長部材、熱的隔離部材、または専用高温用設計の選定にあたっては、プロセス温度、周囲温度、シール材、プロセス接続部、および電子部品の温度限界をすべて評価する必要があります。

Q10：どのような情報が含まれていますか？ METRAVON 高周波レーダーの選定が必要ですか？

A：使用する媒体（液体または固体）の種類、最大測定距離、容器の寸法、プロセス用開口部、内部の障害物、粉塵または蒸気に関する条件、温度、圧力、アンテナの汚染リスク、必要とする出力、侵入防止仕様、および危険区域に関する要件をご提供ください。

結論

高周波数レーダーによるレベル測定における主な技術的利点は、「周波数が高い＝精度が高い」という単純な関係にあるわけではない。 より重要な利点には、以下のようなものがあります。ビーム幅の狭化、コンパクトなアンテナ設計、測定領域の集中化、および近傍の目標間の分離性能の向上——これらにより、および

における 26GHz 帯は、依然として成熟かつ信頼性の高い産業用レーダー周波数として定着している。一方、 80GHz 帯は、近傍の障害物や設置スペースの制約が重要な課題となる小型タンク、複雑な船体、高層サイロ、および塊状・固体物処理用途において、明確な利点を有している。

のために METRAVON アプリケーション、レーダー周波数およびアンテナ構成は、媒体、測定範囲、船舶の幾何学的形状、粉塵、凝縮、プロセス温度および圧力、ならびに制御システムインターフェースに応じて選定されるべきである。 ビーム角、アンテナのサイズ、最小測定距離、および実際のエコー環境を評価することは、運用周波数のみに基づいて機器を選定することよりも有用である。