レーダーレベルセンサーのビーム角：計算と設置ルール | METRAVON

レーダーレベルセンサーのビーム角：意味とタンクに合わせた選定

ビーム角はデータシートに示された定義でアンテナパターンを表し、一般には半電力（−3 dB）輪郭の全角です。狭いビームは壁や内部構造の回避に役立ちますが、周波数だけでは角度も取付位置への適合も決まりません。

記載されたビーム角の理解

ビーム角は多くのデータシートで半角ではなく全角として記載されます。その円錐の端では電力は中心より3 dB低く、50%です。これは「信号なし」ではないため、公称円錐のすぐ外にある強い反射体は依然検出される可能性があります。実用的な設置ルールはしたがって余裕を加えます。

ビームは距離とともに広がり、フットプリント径は距離に比例します。

スポット径（m）≈ 2 × 距離（m）× tan(θ / 2)

ここでθは全ビーム角です。小角の有用な近似：スポット ≈ 距離 × ラジアン角。4°ビームがレンジ1 mあたり約70 mmのスポットになるのはこのためです。

実際の距離でのスポットサイズ

10 mでは、8°ビームの幾何学的直径は約1.4 mです。取付位置、アンテナ特性、公称円錐外の強い反射体に追加のクリアランスを確保してください。

フットプリントを容器レイアウトに適用する

狭いタンク

8 mの距離で、10°ビームは約1.40 mの幾何学的フットプリントを持ち、4°ビームは約0.56 mです。直径1 mのタンクでは、狭い円錐の方がクリアランスが大きくなりますが、設置品質は依然としてオフセット、壁材、内部構造、アンテナ特性に依存します。

スタンドパイプと長いノズル

長いノズルは近傍界と多重反射を導入する可能性があります。遠方界ビーム形状だけでは許容ノズル長は決まりません。設置マニュアルのアンテナ固有のノズル径、長さ、突出、表面仕上げ要件を使用してください。

内部構造のあるタンク

撹拌機、加熱コイル、バッフル、はしごはすべて円錐内のどこかにあります。狭いビームはそれらを排除しませんが、レーダーが見える数を減らし、それらが返すエネルギーを減らします。

泡と低誘電率製品

狭いビームは表面とタンククラッタの分離を改善できます。泡や低反射率液体での性能は、ダイナミックレンジ、アンテナ設計、媒体にも依存します。80 GHzが普遍的に26 GHzより泡を透過するわけではありません。

ノズル寸法と取付クリアランス

1. 正確なアンテナについて、設置図面からノズル径と長さを選択します。
2. 不必要なノズル長と内部エッジを避けます。追加のノズル長はブロッキング距離と普遍的な1対1の関係はありません。
3. 最低運転液位でビーム半径と最寄りの壁・内部構造までの距離を比較し、機種固有の離隔と余裕を確保してください。公称円錐の外なら反射体が見えない、という意味ではありません。
4. 流入口からの落下流と、それによる表面の乱れを測定経路から避けてください。
5. ブレードが測定範囲より下にあっても、撹拌シャフトの真上への取り付けは避けます。
6. プラスチック・GRP容器では、タンク外部の構造物からの反射も評価し、アンテナの取付指示に従ってください。金属フランジや配管を万能の電波シールドと考えて追加してはいけません。

ビーム角を小さくしても解決しない問題

• 泡の減衰は厚さ、液体分率、導電率、泡構造に依存します。ビーム集束はこれらの効果を除去しません。
• アンテナへの結露。狭いビームは自身の面上の膜を避けられません。
• 背の高いタンクでの非常に低い誘電率。30 mでは4°ビームでも2.1 m幅で、εr 1.8の製品からの戻りエネルギーは依然しきい値を下回る可能性があります。

ビーム角だけで26 GHzと80 GHzを選ぶ

選定例：直径1.2 mのタンクと内径100 mmのノズル

直径1.2 m、高さ8 mのタンクに、径100 mm、長さ400 mmのノズル。どのビーム角が許容されますか？

• 底部の離隔：直径1.2 mのタンク内で軸が中央に垂直配置され、距離が8 mの場合、幾何学的な限界全角は2 × arctan(0.6/8)、約8.6°です。これは取付余裕を含まない値です。軸が偏心すると最寄りの壁との離隔は小さくなります。この単純化した例では4°ビームの方が余裕を確保できます。
• ノズル確認。単純な円錐計算では4°ビームの0.4 mで約28 mmになりますが、ノズルが許容可能である証明にはなりません。アンテナ近傍界と指定取付図面が支配します。
• 代替案。8 mでは10°ビームは約1.40 m幅で、容器直径1.2 mを超えます。これは低レベルでの壁相互作用のリスクを高めますが、すべての設置で誤読を保証するものではありません。

この例では4°アンテナがより大きな幾何学的クリアランスを提供します。機器を選定する前に、必要なレベル範囲にわたるノズル適合性と信号品質を確認してください。

既存設置でのクリアランス確認

1. タンク直径とフランジから測定すべき最低レベルまでの距離を測定します。
2. データシートのビーム角からその距離でのフットプリントを計算します。
3. 普遍的な100 mm控除ではなく、実際のレーダー、取付オフセット、壁、内部構造に必要な設置クリアランスを適用します。
4. フットプリントが利用可能なクリアランスを超える場合、低レベルカーブに壁または多重経路反射がないか確認します。
5. 可能な変更には、より狭いアンテナや適合する静穏化装置があります。最低測定レベルを上げるのは、依然プロセス要件を満たす場合のみ許容されます。

FAQ

ビーム角は−3 dBと−6 dBのどちらで測定されますか？

データシートのアンテナ定義に従います。同じパターンなら−6 dB輪郭は通常−3 dBより広いため、異なる定義の角度を直接比較できません。どちらも、その外側の金属反射体が見えなくなる境界ではありません。

アンテナ径からフットプリントを計算できますか？

開口径と波長はビームに影響しますが、アンテナ設計と励振分布にも依存します。直径からの推定は取付承認にはなりません。発注仕様の全角とアンテナ図を用い、遠方界のフットプリントとは別にノズル近傍界の限界を確認してください。

ビームが狭いほどレンジが長くなりますか？

それだけでは長くなりません。媒体、反射強度、アンテナ、受信機、設置条件に対する規定レンジを比較します。狭いビームは不要反射を減らせますが、泡、付着、難しい気相条件で有効な表面エコーを保証しません。レンジと必要離隔は別々に確認します。

ビームがタンク壁に当たるとどうなりますか？

壁や内部構造は、特に表面反射が弱いとき、追跡を妨げる固定・多重経路エコーを生じる場合があります。影響する液位での記録を容器形状と比較してください。ビームの重なりは評価すべきリスクですが、どの設置でも誤値になると証明するものではありません。

静穏管は狭いビームの代替になりますか？

適合する配管やチャンバーは測定経路を改善する場合がありますが、寸法、開口、付着リスク、水理応答を機器とプロセスに合わせる必要があります。必要な管構成や補正を確認してください。アンテナとノズルの検証を省く目的で汎用の静穏管を追加してはいけません。

取付レビューには、容器の直径と高さ、ノズル径と長さ、運転レベル、内部構造の位置が必要です。取付レビューを依頼する

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