Rodzaje radarowych przyrządów do pomiaru poziomu

Kategorie urządzeń radarowych do pomiaru poziomu: radar bez kontaktowego działania, radar FMCW oraz radar fal kierowanych – przewodnik do wyboru.

Urządzenia radarowe do pomiaru poziomu wykorzystują fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości do mierzenia położenia powierzchni cieczy lub ciał stałych w stanie masowego transportu. Są one szeroko stosowane w celu ciągłego pomiaru poziomu w przemysłowych zbiornikach magazynowych, naczyniach procesowych oraz siloach przeznaczonych do transportu ciał stałych.

Z punktu widzenia metody pomiaru technologia radarowa do pomiaru poziomu może być ogólnie podzielona na dwie główne kategorie:radar bezkontaktowyoraz radar fal kierowanych(GWR)Radar bezkontaktowy emituje fale elektromagnetyczne przez przestrzeń wolną nad podłożem, podczas gdy radar oparty na falach kierowanych kieruje impulsy radarowe wzdłuż pręta, kabla lub sondy koaksjalnej.

Te dwie kategorie mogą być dalsze podziałane według technologii sygnału, częstotliwości pracy, konstrukcji anteny oraz projektu sondy.

1. Jakie są dwa główne typy urządzeń radarowych do miernictwa poziomu?

Kategoria:	Radar bezkontaktowy;	Radar fal kierowanych;
Rozpraszanie sygnału;	fale elektromagnetyczne przemieszczają się przez przestrzeń wolną wewnątrz statku	Impulsy radarowe poruszają się wzdłuż metalowej sondy:
– kontakt z środowiskiem;	– bezkontaktowe działanie;	– wstawienie pręta lub kabla do środowiska i jego kontakt z nim;
– typowa konfiguracja instalacji;	– montaż na górnym końcu zbiornika lub sila.	Ustawiany na górze, przy czym czujnik się wciąga do wnętrza bìnhy.
Typowe media:	Ciekłe media, susze, proszki, granulaty oraz ciałe stałe w formie masowej;	Ciekłe media, wybrane susze i ciała stałe, oraz interfejsy ciekła–ciekła;
Główne cechy;	Urządzenie bezkontaktowe, wymagające stosunkowo niewielkich działań konserwacyjnych oraz umożliwiające elastyczną instalację;	Sygnał koncentruje się wzdłuż czujnika, co czyni go odpowiednim dla wybranych złożonych powierzchni oraz zastosowań na interfejsach.

2. Co to jest urządzenie pomiarowe poziomu za pomocą radaru bez styku?

Urządzenie pomiarowe poziomu za pomocą radaru bez styku, również zwane radarem w przestrzeni wolnej, jest zazwyczaj umieszczane na górze zbiornika lub silo. Jego antena nadaje fale elektromagnetyczne w kierunku powierzchni materiału.

Te fale elektromagnetyczne przemieszczają się przez przestrzeń wolną nad podłożem, odbijają się od powierzchni cieczy lub ciała stałego i wracają do anteny. Przyrząd analizuje zależność czasową lub częstotliwościową między sygnałami przesyłanymi a odbieranymi, aby obliczyć odległość i przekształcić ją w poziom sygnału.

Do typowych projektów anten należą anteny w kształcie rogówki, anteny lękoowe oraz anteny z zapełnioną konstrukcją. Dobór odpowiedniego projektu zależy od częstotliwości pracy, medium procesowego, temperatury, ciśnienia oraz stopnia korozji.

3. Jak klasyfikowane są urządzenia radarowe bezkontaktowe według technologii sygnału?

Z perspektywy przetwarzania sygnałów radar bezkontaktowy można w zasadzie podzielić na radar impulsowy.i radarFMCW,oraz

3.1. Urządzenia pomiarowe dla radarów impulsowych

Radar impulsowy periodycznie nadaje krótkie impulsy mikrofalowe i odbiera odbicia od powierzchni materiału. Odległość jest obliczana na podstawie czasu przejazdu impulsu w obie strony.

Odległość = prędkość fal elektromagnetycznych × czas przejazdu w obie strony ÷ 2

Radar impulsowy ma długą historię zastosowań przemysłowych i może być stosowany zarówno w przypadku ciekłości, jak i masowych ciał stałych. Skuteczność działania zależy od częstotliwości, konstrukcji anteny, przetwarzania sygnału oraz warunków instalacyjnych.

3.2. FMCW Urządzenia pomiarowe radarowe

FMCW oznacza „Frekwencyjnie modulowany ciągły sygnał". W trakcie każdego przebiegu częstotliwości urządzenie ciągło zmienia częstotliwość nadawanego sygnału. Powracający eko wykazuje różnicę częstotliwości w porównaniu z bieżącym sygnałem nadawanym.

Ta różnica częstotliwości zależy od odległości od celu, co umożliwia urządzeniu określenie położenia powierzchni materiału za pomocą cyfrowej obróbki sygnałów. Technologia FMCW jest szeroko stosowana w nowoczesnych radarach bezkontaktowych o wysokiej częstotliwości.

Pulse Radar

określa odległość na podstawie czasu podróży krótkich impulsów mikrofalowych.

FMCW Radar

Określa odległość odpowiadającą różnicy częstotliwości między sygnałem przesyłanym a sygnałem odbitym.

4. Czy urządzenia radarowe o poziomie precyzji mogą być klasyfikowane również według częstotliwości?

Tak. Produkty radarowe przemysłowe bezkontaktowe są dostępne w różnych zakresach częstotliwości, w tym tradycyjne radary o niższych częstotliwościach – w zakresie około 24– 26GHz radar oraz nowoczesne technologie wysokich częstotliwości, takie jak 60 GHz i 80GHz radar.

Frekwencja pracy wpływa na długość fali, wymiary anteny oraz charakterystyki strumienia promieniowego. Przy podobnych wymiarach anteny radar o wyższej częstotliwości może zazwyczaj generować szerszy strumień promieniowy, co może okazać się przydatne w przypadku małych statków, długich nozłów, zbiorników z wewnętrznymi przeszkodami oraz silo z masowymi ciałami stałymi.

Częstotliwość to jedynie jeden z czynników selekcyjnych. Należy również uwzględnić średnią reflektywność, kondensację, obecność piany, nasłanianie, geometrię instalacji oraz warunki procesowe.

5. Jakiego typu radar jest 80GHz Radarowy nadajnik poziomu?

80GHz Radar należy do kategorii radarów o wysokiej częstotliwości bezkontaktowych. Współczesne zastosowania przemysłowe 80GHz Produkty powszechnie wykorzystują FMCW technologia, która łączy wysoką częstotliwość, krótką długość fali oraz stosunkowo wąski promień promieniowania, umożliwiając pomiar poziomu cieczy oraz masowych ciał stałych.

Streszczony prom może zmniejszyć interferencję spowodowaną przez ściany statku, beleki, rury oraz inne elementy konstrukcji wewnętrznej. W efekcie,80GHz Radar jest szeroko stosowany w zbiornikach chemicznych, systemach oczyszczania wody, kompaktowych zbiornikach procesowych oraz siloach przeznaczonych dla proszków lub cząstek.

Kąt promienia, zakres pomiarowy, dokładność oraz wartości odpowiadające temperaturze lub ciśnieniu w trakcie pracy są parametrami specyficznymi dla danego produktu i należy je potwierdzić z karty technicznych właściwości wybranego modelu.

6. Co to jest radar fal kierowanych?

Radar fal kierowanych, zwany również GWR, opiera się na technologii TDR (Time Domain Reflectometry).

Przyrząd jest zazwyczaj montowany na górze zbiornika, przy czym stalowy pręt, kabel lub sondę koaksjalną sięga wewnątrz procesu. Pulsy radarowe poruszają się wzdłuż sondy. Gdy sygnał dotyka powierzchni materiału, zmiana właściwości dielektrycznych powoduje, że część sygnału jest odzwierciedlana wzdłuż sondy.

Przyrząd określa położenie materiału na podstawie czasu podróży w obie strony pulsu radarowego. Długość sondy jest dobierana w zależności od zakresu pomiarowego oraz geometrii naczynia i nie musi w każdym przypadku dotykać dna naczynia.

7. Jak klasyfikuje się radar fal kierowanych według typu czujnika?

Radar fal kierowanych można dalej klasyfikować według konstrukcji czujnika, w tym czujników prętowych, kablowych oraz koaksjalnych.

Prętowy czujnik GWR

Wykorzystuje sztywny pręt metaliczny i jest odpowiedni dla wielu zastosowań z cieczami oraz wybranych materiałów stałych w odległości od krótkiej do średniej.

– sondę kablową GWR;

– wykorzystuje elastyczny kabel i jest odpowiednia dla statków o większej wysokości lub dla dłuższych zakresów pomiarowych, uwzględniając ruch sondy, naprężenie oraz struktury wewnętrzne;

– kablem koaksjalnym GWR

Wykorzystuje strukturę sondy koaksjalnej, zapewniając bardziej skoncentrowany ścieżkę sygnałową, i jest często stosowany w przypadku wybranych ciekliw oraz w trudniejszych warunkach pomiarowych.

Niektóre urządzenia radarowe oparte na falach kierowanych wykorzystują również konstrukcje sondy typu dwuprętowy, dwukablowy lub inne specjalne rozwiązania. Wybór zależy od typu media, zasięgu pomiarowego, właściwości dielektrycznych, lepkości, obecności piany, struktury wewnętrznej oraz warunków montażu mechanicznego.

8. Dlaczego radar oparty na falach kierowanych jest odpowiedni do pomiarów na powierzchni styku?

Gdy dwie niemieszające się cieczowe tworzą oddzielne warstwy, zmiana właściwości dielektrycznych między górną a dolną warstwą cieczy może powodować drugą refleksję radarową. Niektóre wybrane urządzenia radarowe oparte na falach kierowanych umożliwiają analizę zarówno powierzchni górnej warstwy cieczy, jak i interfejsu między dwiema warstwami cieczy. Pomiar interfejsu

000 wymaga uwzględnienia właściwości dielektrycznych obu cieczy, grubości górnej warstwy, warstwy emulsji oraz warunków procesu. Należy zatem wybrać model specjalnie zaprojektowany do pomiaru interfejsu.

9. Jakie jest różnienie między radarem bezkontaktowym a radarem falami kierowanymi?

Kategoria porównawcza	Radar bez styku	\| Radar fal kierowanych
\| Stosunek do środowiska	\| Antena pozostaje zazwyczaj powyżej środowiska	\| Pręt lub kabel wprowadzany do środowiska procesowego
\| Droga rozprzestrzeniania się	\| Przestrzeń wolna	\| Wzdłuż sondy
Wewnętrzne przeszkody:	Montaż powinien minimalizować odbicia od ścian, belek oraz innych konstrukcji;	Sygnał koncentruje się wzdłuż sondy, jednak sama sonda powinna być wolna od wewnętrznych konstrukcji metalowych;
Agitatory	Może być często uniknione poprzez odpowiednią pozycję montażową.	Należy ocenić ryzyko kontaktu mechanicznego między sondą a agitatorzem.
Mierzenie na interfejsie.	Zazwyczaj mierzy najgórniejszą powierzchnię procesu.	Wybrane modele umożliwiają pomiar powierzchni między cieczami
Instandartyzacja	Konstrukcja bezkontaktowa zazwyczaj zmniejsza potrzebę konserwacji	Należy uwzględnić nasłanianie sondy, obciążenie mechaniczne oraz przyleganie materiału do powierzchni procesowej

10. Czy radar bezkontaktowy podlega wpływom pyłu, temperatury oraz par? Radar

wykorzystuje fale elektromagnetyczne, dlatego zmiany temperatury i ciśnienia powietrza nie powodują błędów pomiarowych w odległości wynikających z zmian prędkości dźwięku – w przeciwieństwie do pomiarów ultradźwiękowymi. Radar ten charakteryzuje się również szerokim zakretem pracy w środowiskach zawierających kurz oraz bogatych w parę.

Skuteczność działania nadal może być wpływana przez ekstremalne obecność pyłu, intensywne kondensowanie, nagromadzenie się na antenie, silne stężenie par, właściwości dielektryczne oraz wpływ temperatury i ciśnienia procesu na antenę, uszczelki i konstrukcję mechaniczną. Dlatego wymagające zastosowania powinny być dopasowane do odpowiedniego modelu radarowego, projektu anteny oraz klasyfikacji procesowej.

Wymagające zastosowania powinny być zatem dopasowane do odpowiedniego modelu radarowego, projektu anteny oraz klasyfikacji procesowej.

11. W jakich przypadkach należy rozważyć zastosowanie radaru bezkontaktowego?

Element wykrywalny nie powinien być w kontakcie z środowiskiem.

Środowiska chemiczne korozyjne lub podatne na zanieczyszczenie.

Pyły, granulaty oraz silosy z ciałami stałymi

Procesy pracujące przy wysokich temperaturach, w warunkach vakuum lub pod ciśnieniem

Duże zbiorniki magazynowe oraz długie zakresy pomiarowe

Geometria zbiornika zapewnia wyraźną trasę dla promienia radarowego

12. W jakich przypadkach można rozważyć zastosowanie radaru fal kierowanych?

Wymagane są pomiary interfejsu ciekło-ciekłego.

Naczynie jest wąskie lub przestrzeń do montażu jest ograniczona.

Powierzchnia ciekłiny wykazuje silne ruchy.

Wybrane zastosowania z wykorzystaniem piany lub par.

Zastosowania z wykorzystaniem komory obwodowej lub zewnętrznej komory.

Sonda może być zainstalowana bezpiecznie, nie zakłócając pracy urządzeń procesowych.

13. Jakie informacje są wymagane przy doborze urządzenia pomiarowego poziomu radarowego?

Parametr selekcji:	Informacje potwierdzające:
Środko procesowe:	– ciekła substancja, suspensja, proszek, granulaty lub inny ciekły materiał; Zadanie pomiarowe:
Stawka ciągła:	pomiar poziomu w stanie stałym lub na interfejsie ciekłego–ciekłego;
Zakres pomiarowy;	Maksymalny i minimalny poziom oraz całkowita długość drogi pomiarowej;
Właściwości dielektryczne;	W przypadku mediów o niskiej przenikalności dielektrycznej konieczna jest dodatkowa uwaga na siłę echa;
Temperatura procesu;	Minimalna, normalna oraz maksymalna temperatura pracy;
Prężenie w procesie;	Wakuumwarunki atmosferyczne lub warunków dodatniego ciśnienia;
– warunki procesu;	– piana, par, kondensacja, kurz, mieszanie oraz gromadzenie się substancji;
– geometria naczynia	Przyjście wyjściowe
: średnica zbiornika, wysokość, nozła, belki, mieszacze oraz wewnętrzne przeszkody	4-20mA, HART, RS485 Modbus RTU lub inny wymagany interfejs;

Częste pytania –

Q1: Jakie są dwa główne typy przyrządów pomiarowych poziomu za pomocą radaru?

A1: Są one ogólnie dzielone na radar bezkontaktowy i radar fal kierowanych. Radar bezkontaktowy emituje fale elektromagnetyczne przez przestrzeń wolną, podczas gdy radar fal kierowanych kieruje impulsy radarowe wzdłuż metalowej sondy.

Q2: Jaką jest różnica między radarem impulsowym a radarem FMCW?

A2: Radar impulsowy oblicza odległość na podstawie czasu przejazdu impulsu, podczas gdy radar FMCW określa odległość na podstawie różnicy częstotliwości między przesylanym pasmem a powrotnym echem.

Q3: Jakiego typu radar jest 80GHz Radar?

A3: 80GHz Radar to zazwyczaj technologia radaru bezkontaktowego o wysokiej częstotliwości, której współcześnie stosuje się w wielu produktach przemysłowych. FMCW pomiar.

Q4: Czy radar fal kierowanych jest klasyfikowany jako pomiar kontaktowy?

A4: Pręt, kabla lub sondę koaksjalną wprowadza się do medium procesowego i styka się z nim, dlatego radar fal kierowanych jest powszechnie klasyfikowany jako technologia ciągłego pomiaru poziomu kontaktowego z punktu widzenia instalacji.

Q5: Czy sonda radaru fal kierowanych musi dotrzeć do dna zbiornika?

A5: Nie. Długość sondy powinna być doborana w zależności od zakresu pomiarowego, geometrii zbiornika oraz wymagań konkretnego urządzenia pomiarowego.

Q6: Jakie typy sond są dostępne dla radaru fal kierowanych?

A6: Najczęstsze typy sond to: tylna, kablowa oraz koaksjalna. Niektóre produkty oferują również konfiguracje z dwoma tylnymi elementami, dwoma kablami lub inne specjalistyczne rozwiązania.

Q7: Jakий typ radaru jest najodpowiedniejszy dla silo chứa materiałów stałych w dużej ilości?

A7: Radar bezkontaktowy o wysokiej częstotliwości jest szeroko stosowany w silach chứa proszków i materiałów granulowanych, szczególnie w przypadkach, gdy wymagane są duża odległość pomiarowa, obecność intensywnego pyłu lub złożone struktury wewnętrzne sila. Wybrane modele radarów opartych na falach kierowanych mogą być również stosowane w przypadku ciał stałych, w zależności od mechaniki sondy oraz właściwości materiału.

Q8: Jaką technologię radarową nadaje się do pomiaru powierzchni między dwoma cieczami?

A8: Radar fal kierowanych z dedykowaną funkcją pomiaru interfejsu jest powszechnie stosowany do ciągłego pomiaru dwóch warstw ciekłości niemieszalnych. Należy potwierdzić właściwości dielektryczne obu mediów.

– Podsumowanie.

Przyrządy pomiarowe oparte na radarze można ogólnie podzielić na radar bezkontaktowy oraz radar fal kierowanych. Radar bezkontaktowy emituje fale elektromagnetyczne przez przestrzeń wolną i może być dalszo klasyfikowany na radar impulsowy oraz FMCW radar. W zależności od częstotliwości pracy, produkty przemysłowe mogą obejmować tradycyjne radary o niższych częstotliwościach, w zakresie około 24– 26GHz radar oraz nowoczesne systemy o częstotliwości 60 GHz lub 80GHz radar.

Radar fal kierowanych kieruje impulsy radarowe wzdłuż metalowego pręta, kabla lub sondy koaksjalnej i może być dalsze podziałanie na podstawie konstrukcji sondy. Jego skoncentrowany ścieżek rozprzestrzeniania czyni go odpowiednim dla wybranych zastosowań związanych z pomiarami ruchów powierzchniowych, pęcherzyków piankowych oraz interfejsu między cieczami.

METRAVON Produkty pomiarowe na bazie radaru można dobrać jako pomiar bez styku lub za pomocą radaru fal kierowanych, w zależności od typu medium procesowego, zakresu pomiarowego, temperatury, ciśnienia, właściwości dielektrycznych, rodzaju piany, par, pyłu, geometrii zbiornika oraz wymagań dotyczących interfejsu automatyzacji, przy wsparciu dla przemysłowych interfejsów, takich jak 4-20mA i RS485 Modbus RTU dla kompatybilnych i skalowalnych ciągłych pomiarów poziomu w zbiornikach, naczyniach procesowych oraz siloach do materiałów sypkich.