FMCWレーダー式レベル計：特長・設置・選定

I. FMCWレーダーレベル計とは？

高周波変調連続波レーダーレベル計は、一般的に「FMCWレーダーレベル計」と呼ばれます。

この装置の基本的な動作原理は、一定の周波数範囲内でレーダー送信周波数を連続的に変化させ、測定対象物の表面から反射された信号を受信するものです。この装置は、送信信号とエコー信号との周波数差を分析し、レーダーから媒体表面までの距離を算出します。その後、この距離を液面レベルまたは材料レベルに変換します。

一部の24 GHz帯のFMCWレーダー装置では、約1 GHzの線形スキャン帯域幅を用い、アンテナを介して周期的なスキャンを実行します。動作周波数およびスキャン帯域幅はモデルによって異なります。実際のパラメータは、各製品のデータシートに基づいて設定してください。

II. FMCWレーダーレベル計の特徴は？

1. 持続的周波数スキャン測定法

FMCWレーダーは、持続的線形周波数スキャンを用いて距離を測定します。

固定周波数信号のみを用いるシステムとは異なり、周波数変調連続波レーダーは、送信信号と受信エコーとの間の周波数差に基づいて対象物の位置を決定するため、連続的な液体レベルおよび材料レベルの監視に適しています。

2。多様な固体材料に適しています。

型FMCWレーダーレベル計は、さまざまなバルク固体材料および産業用原材料（例：

石炭；
セメント；
穀物；
アルミナ；
石灰岩；
化学産業用原材料；

セメント、化学工業、環境保護、発電、食品加工などの分野）に適用可能です。また、セメント、化学工業、環境保護、発電、食品加工などの産業分野において、シロや貯蔵タンクでの連続的な液位監視にレーダー測定法を用いることができます。

3. 非接触式測定法：

空間レーダーは、電磁波を用いて材料表面までの距離を測定するものであり、通常、測定部品が測定対象物と直接接触する必要はありません。

粉末、粒状材料、および特定の腐食性媒体においては、この方式により、機械的測定部品と媒体との直接接触に起因する摩耗やメンテナンス上の問題を軽減できます。

III. FMCWレーダーレベル計の主な利点

FMCWレーダーレベル計の適用範囲は、レーダー周波数、アンテナの種類、信号処理能力、および実際の運用条件によって異なります。

適切な運用条件下では、主な特徴は以下の通りです：

連続的非接触測定；
液体または固体材料への適用に適しています。
比較的長距離の液位測定に適しています。
運用条件に応じて、さまざまなアンテナを構成可能です。
粉塵、蒸気、または複雑な媒体を含む産業環境で使用可能です。
貯蔵タンク、サイロ、プロセス容器に適しています。

実際の性能は、具体的なモデル、媒体および設置条件に応じて評価してください。

IV. レーダーレベル計にはどのような種類のアンテナが利用可能ですか？

レーダーレベル計は、用途に応じてさまざまなアンテナタイプを装備可能です。具体的には、

ホーンアンテナ、
パラボリックアンテナ、
アレイアンテナ、
ステップアンテナ、
ドロップ型アンテナ、
平面型アンテナ、および
卫生面対応設計などがあります。

これらの異なるアンテナは、ビーム角、設置寸法、耐食性、材料堆積への適応性、およびプロセス接続性においてそれぞれ異なります。

したがって、アンテナの選定は、測定範囲のみに基づいて決定するのではなく、媒体および現場の運用条件に適応させるべきである。

V. レーダーレベル計のモデルはどのように選定すべきか？

レーダーレベル計のモデルを選定する際には、実際の測定環境を慎重に評価する必要がある。

以下の運用条件を確認する必要がある：

媒体の上部に腐食性の揮発性ガスが存在するか否か；
大量の水蒸気が存在するか；
大量の粉塵が存在するか；
媒体に結晶化が起こりやすいか；
液体表面に大量の泡が存在するか；
液体表面が顕著に変動するか；
測定対象の材料が粉体または粒状材料であるか；
液体が高腐食性であるか；
媒体に高粘度があるか。

さらに、以下の項目も確認してください：

最大測定距離；
工作温度；
工作圧力；
設置接続方式；
アンテナ種類。

測定範囲はレーダー選定における単一のパラメータに過ぎず、モデル選定の唯一の根拠として使用すべきではありません。

VI. ガイド波レーダーレベル計の設置に際して考慮すべき点は？

ガイド波レーダーは、プローブ棒または鋼線を用いてレーダー信号を導く方式を採用しています。そのため、電気設備の設置に加え、誘導波素子の機械的位置についても考慮する必要があります。

1. 計器の交換前に電源を遮断する

元のレベル計を取り外す前、または配線作業を行う前に、計器の電源を遮断し、現場の電気安全規定に従って信号配線を扱うこと。

インストールおよび配線作業が完了し、確認された後でなければ、電源を復帰させないでください。

2. 入力端子や強い雑音が発生するエリアを避けてください。

ガイド波レーダーは、給水口、投入口、または液体表面が激しく変動する場所に直接設置してはなりません。

流入する液体または物質がプローブロッドまたは鋼製ケーブルに衝撃を与えると、測定値の変動を引き起こす可能性があります。

インストール時に、ガイド波素子が以下の構造物と直接接触しないよう注意してください：

プール壁；
チャンク壁；
支承部；
管路；
その他の金属構造物。

3. 探査ロッドまたは鋼鉄ケーブル周囲に適切な間隔を確保する。

ガイド波用鋼鉄ケーブルが金属壁に接触した場合、追加的な反射が発生する可能性があり、また時間の経過に伴い機械的摩耗が生じる可能性があります。

したがって、導波素子は設置時に適切に配置し、実際の容器構造に応じて必要な余裕を確保する必要があります。

具体的な設置距離は、計測機器の取扱説明書および実際の現場構造に基づいて決定してください。

VII. 間接式導波レーダーにおけるケーブル防水処理はどのように行うべきか？

外部または湿潤な環境下では、ケーブル接続部は特に保護を要する部位の一つです。

ケーブル設置時に以下の点を考慮してください：

ケーブルグランドを確実に締め付けます；
電線管の接続部を適切にシールします。
インストルメント筐体の防水性を維持します；
接地対応の遮蔽ケーブルを正しく接続してください。
ケーブルが機器に接続される前に「ドリップループ」を設けます。

「ドリップループ」とは、ケーブルが機器に接続される前に下向きの曲げ部を形成できるようにする手法を指します。

これにより、雨水または凝縮水が最も低い位置から滴下するのを防ぎ、水がケーブルを介して機器筐体内部に侵入するリスクを低減できます。

VIII. シグナルケーブルの絶縁試験において考慮すべき事項とは？

一部の産業用設置工事では、信号ケーブルの設置後、絶縁試験を実施する必要があります。

例えば、特定のプロジェクト仕様では、以下のことが求められる場合があります：

500 VDC：試験電圧；
60秒間の試験時間；
絶縁抵抗 ≥20 MΩ。

これらは特定のプロジェクトにおける受入検査に関する要件であり、すべてのレーダー式レベル計プロジェクトに共通する普遍的なパラメータではありません。

絶縁試験を実施する前に、計測機器の電子部品が回路から正常に遮断されていることを確認してください。試験は、計測機器の取扱説明書およびプロジェクトの電気仕様に従って実施してください。これにより、試験電圧による電子機器の損傷を防止できます。

IX. レーダーレベル計の配線方法は？

— レーダーレベル計には、異なる電源供給方式および信号出力方式が使用されることがあります。

— 配線前に、必ず以下の項目を確認してください：

— 設備名板；
— 電源定格電圧；
ACまたはDC電源供給；
端子定義；
信号極性；
接地端子。

他の計測機器モデルでの使用経験のみに基づいて配線を行わないでください。

一部のレーダーレベル計の設置手順書では、導体断面積が約0.5 mm²–2 mm²の遮蔽済みねじれ対線ケーブルの使用を推奨しています。

実際のケーブル仕様は、以下の項目に基づいて決定してください：

インストルメントの電源供給方式；
シグナルタイプ；
ケーブルの送信距離；
現場の電気基準。

X。典型的なレーダーレベル計の配線手順

現場での配線は通常、以下の手順を含みます：

電源を遮断する；
インストルメントの名称プレートおよび電源要件を確認する；
インストルメントの端子部品を開ける；
ケーブルをケーブルグランドを介してインストルメント内に挿入する；
端子のマークに従って、電源線および信号線を接続する；
電気仕様に従って遮蔽および接地処理を実施する；
配線および極性を再度確認する；
ケーブルグランドを締結する；
筐体の密封状態を確認する；
すべての項目が正しいことを確認した後、電源を復帰させます。

具体的な配線剥線長さ、工具の仕様および端子の運用手順は、対応するモデルに係るマニュアルに従って実施してください。

XI. なぜレーダー式レベル計にはシールド処理および接地が必要なのか？

産業施設には、モーター、可変周波数駆動装置、ポンプ、高出力ケーブルなど、電磁的干渉を発生させる可能性のある電気機器が含まれている場合があります。

防護シールドケーブルおよび接地方法を適切に使用することで、信号伝送の安定性を向上させることができます。

ケーブルのシールド部に単点接地を採用するか、それとも他の接地方法を用いるかは、計測機器の取扱説明書およびプロジェクトの電気設計要件に従って決定する必要があります。

不適切な多点接地は接地ループを生じる可能性があるため、すべての設置現場に単一の汎用接地方法を適用すべきではありません。

XII. レーダーレベル計に関する規格の目的とは何か？

レーダーレベル計に関する規格は、主に製品設計、製造、試験、設置および産業用途の規制に用いられます。

工程プロジェクトでは、以下の項目に関する要件に重点を置くべきである：

電気安全；
閃火防止；
環境保護；
設置；
サインアルジェンツ；
プロジェクト技術仕様書。

標準の目的は、単に製品説明書に内容を追加するものではなく、計器が実際のプロジェクトにおける技術的および安全上の要件を満たしているかどうかを確認するのを支援することにある。

XIII。レーダー式レベル計選定チェックリスト

項目	確認対象情報
媒体種類	液体、粉体または粒状物質
商品名：	（石炭、セメント、穀物、化学原料など）
測定距離	最大レベル測定距離
粉塵	多量の粉塵が存在するか
蒸気	計測対象物中に顕著な水蒸気が存在するか
損傷性	損傷性のある液体または気体が存在するか
晶体化	対象媒体に結晶化が起こりやすいか
泡	多量の泡が存在するか
波動	液体表面の大幅な変動有無
面材の粘度	媒体の付着性有無
アンテナ	実地の運用条件に応じて選択してください
設置接続：	（ねじ式またはフランジ式接続）
配線：	— インストルメンツの名前プレートおよび端子図

FAQ

Q1：「FMCWレーダーレベル計」とは何か？

FMCWレーダーは、送信周波数を連続的に変更し、送信信号と反射信号との間の周波数差を分析することで距離を算出します。この距離は、液体液面または材料液面として変換されます。

Q2：すべてのFMCWレーダーレベル計が24 GHzを使用するのでしょうか？

いいえ。24 GHzは、特定の製品にのみ使用される動作周波数です。異なるレーダーレベル計では、異なる動作周波数およびスキャン帯域幅が使用される場合があります。具体的なパラメータは、対応する製品のデータシートを参照してご確認ください。

Q3：ガイド波レーダー用の鋼鉄ケーブルは、タンク壁との接触を避けるべきでしょうか？

鋳鉄ケーブルと金属構造物との接触により追加的な反射が生じる可能性があり、また長期的な摩擦によって機械的摩耗が発生する可能性もあります。したがって、設置時に適切なクリアランスを維持する必要があります。

Q4：レーダー用レベル計には0.5–2 mm²のケーブルを使用する必要がありますか？

必ずしもそうではありません。この範囲は特定の製品向けに規定されています。実際のケーブル仕様は、当該機器の取扱説明書、ケーブルの敷設距離、および現場の電気基準に従って決定する必要があります。

Q5：レーダーレベル計を選定する際、測定範囲のみを確認するだけで十分でしょうか？

いいえ。媒体、温度、圧力、粉塵、蒸気、腐食、結晶化、泡、粘度、設置時の接続状態など、その他の運用条件についても確認する必要があります。

Q6：屋外用レーダーレベル計ケーブルに「ドリップループ」を設けるべき理由とは？

ドリップループは、雨水や凝縮水がケーブルに沿って計器ケーブルの入力部まで浸入するリスクを低減し、屋外設置装置の防水信頼性の向上に寄与します。

結論：

FMCWレーダーレベル計は、線形周波数スイープレーダー信号を用いて距離を測定する装置であり、石炭、セメント、穀物、アルミナ、石灰石、化学原料など、さまざまな媒体の液位監視に使用できます。

実用上の応用において、レーダー式レベル計の測定性能は測定範囲に依存するだけでなく、

の測定媒体特性、粉塵、蒸気、腐食、結晶化、泡、アンテナの種類、および設置条件とも密接に関連しています。

ガイド波レーダーを設置する際には、プローブロッドまたは鋼線ケーブルが適切に配置されており、周囲の金属構造物と接触していないかを確認することに特に注意を払う必要があります。

電気設備施工においては、特に以下の点に注意する必要があります：

電源供給、端子、遮蔽、接地およびケーブル入力部のシール処理。

特定の寸法、ケーブル仕様、試験パラメータおよび配線方法は、対応するレーダーレベル計に関するデータシート、設置マニュアルおよびプロジェクトの電気仕様に基づいて行う必要があります。