Zalety i wady radarowych przetworników poziomu: montaż, częstotliwość i dobór

Przesyłacze poziomu oparte na radarze są szeroko stosowane do ciągłego pomiaru poziomu w przemysłowych zbiornikach, systemach oczyszczania wody, procesach chemicznych, magazynowaniu ropy naftowej, produkcji żywności, w górnictwie oraz w siloach dla ciał stałych w dużych ilościach. W zależności od zasady pomiaru oraz struktury czujnika, przemysłowe pomiary poziomu za pomocą radaru można ogólnie podzielić na pomiar bezkontaktowy oraz pomiar za pomocą fal kierowanych.

Niezstosowujący się do kontaktu nadajnik radarowy wysyła fale elektromagnetyczne za pośrednictwem anteny w kierunku powierzchni materiału i oblicza odległość na podstawie sygnału odzwierciedlonego. Radar oparty na falach kierowanych, z kolei, kieruje impuls radarowy po prętu lub kablu. Obejmują one te technologie te same zasady działania radaru, jednak różnią się metodami instalacji, odpowiednimi zastosowaniami oraz wymaganiami dotyczącymi konserwacji.

1. Jak działa nadajnik poziomu radarowego?

Przesyłacz poziomu radarowego emituje fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości w kierunku powierzchni procesu. Gdy sygnał radarowy dotyka powierzchni cieczy, suspensji lub materiału stałego, część sygnału jest odbijana do urządzenia pomiarowego. Przesyłacz analizuje czas podróży lub różnicę częstotliwości między sygnałem emitowanym a sygnałem odbitym, aby obliczyć odległość do powierzchni materiału.

Gdy znana jest wysokość odniesienia zbiornika lub silosu, rzeczywisty poziom można obliczyć jako:

Poziom = Wysokość odniesienia-Odległość od radaru do powierzchni materiału

W nowoczesnych przemysłowych urządzeniach radarowych powszechnie stosuje się radar impulsowy lub technologię FMCW (nawigacja ciągła z modulacją częstotliwościową). Ponieważ radar wykorzystuje fale elektromagnetyczne, nie wymaga powietrza jako nośnika propagacji i może działać w warunkach próżni. Jest również zazwyczaj mniej wrażliwy niż pomiary ultradźwiękowe na zmiany temperatury powietrza, ciśnienia oraz prądu powietrza.

2. Jakie są główne typy urządzeń radarowych do pomiaru poziomu?

Transmiter radarowy do pomiaru poziomu bez styku

Antena jest umieszczana powyżej materiału i nie utrzymuje bezpośredniego kontaktu z medium procesowym. Może być stosowana dla ciekłości, susz, proszków, granulatów oraz wybranych form stałych w stanie masowym.

Radar fal kierowanych

Puls radarowy porusza się wzdłuż pręta lub kabla, dlatego wykorzystuje strukturę pomiarową z kontaktem. Jest odpowiedni dla wybranych ciekłości o niskiej stałej dielektrycznej, zastosowań z pianą, pomiarów na powierzchni styku oraz komor obojczykowych.

Radar bezkontaktowy jest przydatny w przypadkach, gdy bezpośredni kontakt z medium procesowym należy minimalizować, podczas gdy radar fal kierowanych może oferować zalety w określonych zastosowaniach – takich jak zastosowania z pianą, na powierzchniach granicznych oraz w wąskich naczyniach. Ostateczny wybór powinien uwzględniać charakter medium procesowego, temperaturę, ciśnienie, obecność piany, dostępny przestrzeni montażowy oraz warunki konserwacji.

3.Główne zalety przesyłaczy poziomu radarowego

– ciągłe pomiarowanie bez kontaktu

Anteny radarowe bez kontaktowych elementów nie muszą być zanurzone w środowisku, co ogranicza bezpośrednie narażenie na korozję, zużycie oraz nagromadzenie się substancji.

Szeroki zakres temperatur i ciśnienia

W zależności od konkretnego modelu urządzenia radarowe mogą być stosowane w procesach atmosferycznych, w warunkach próżni, pod ciśnieniem oraz przy wysokich temperaturach.

Dostępne dla ciekłych i stałych materiałów.

Do zastosowań należą woda, olej, substancje chemiczne oraz suspensje, a także cement, zboża, minerały, węgiel oraz inne materiały stałe w dużej ilości.

Użyte rama wąska zmniejsza interferencję.

Radar o wysokiej częstotliwości może generować wąski strzał pomiarowy, co pozwala uniknąć styku z ścianami statków, rurociągami, belkami konstrukcyjnymi oraz innymi wewnętrznymi przeszkodami.

Nie podlega bezpośredniemu wpływowi zmian gęstości.

Pomiar poziomu za pomocą radaru nie zależy od ciśnienia hydrostatycznego, dlatego zmiany gęstości cieczy nie powodują bezpośrednich błędów poziomu, jak w przypadku pomiarów hydrostatycznych.

Łańcuch integracji z systemami automatyzacji

W zależności od modelu interfejsy mogą obejmować sygnały 4-20mA, HART oraz RS485 Modbus RTU w celu integracji z PLC, systemami DCS, RTU oraz systemami SCADA.

4. Jakie są ograniczenia pomiaru poziomu za pomocą radaru?

Chociaż radar ma szeroki zakres zastosowań, nie jest automatycznie odpowiedni dla każdego procesu bez odpowiedniego doboru i instalacji. Średnia odbiwalność, pianka, gromadzenie się sygnału na antenie, struktury wewnętrzne oraz położenie montażowe mogą nadal wpływać na wydajność pomiarów.

Środki o niskiej dielektryczności

Środki słabo odbijające sygnał mogą wymagać większego zakresu dynamicznego lub odpowiedniej częstotliwości radarowej oraz odpowiedniej anteny.

Gruba pianka

Gęsta pianka może tłumić sygnały radarowe, dlatego nie można zakładać, że radar może przenikać przez całą piankę bez ograniczeń.

Wysoki poziom gromadzenia się anteny

Gęste powłoki, osady lub kondensacja mogą obniżyć jakość echa i należy je analizować w połączeniu z projektowaniem anteny oraz przetwarzaniem sygnału.

Skomplikowane struktury wewnętrzne

Agitatory, spawki grzewcze, konstrukcje nośne oraz belki mogą powodować fałszywe echa.

Lokalizacja instalacji

Nawet radarowy nadajnik o wysokiej wydajności może prowadzić do niestabilnych pomiarów, jeśli zostanie zainstalowany w nieodpowiednim miejscu.

5.Jakie jest różnienie między radarami o wysokiej a niską częstotliwością?

Częstotliwość radaru wpływa na długość fali, rozmiar anteny, kąt wiązki i przydatność do różnych warunków procesu. Wspólne przemysłowe technologie radarowe obejmują 24/26GHz i 80GHz Radar bezkontaktowy, podczas gdy produkty o niższej częstotliwości są również używane w wybranych zastosowaniach.

Wyższa częstotliwość oznacza krótszą długość fali. Przy podobnych wymiarach anteny radar o wyższej częstotliwości może zazwyczaj generować wąwszy promień promieniowania.Radar o niższej częstotliwości charakteryzuje się dłuższą długością fali i może oferować zalety w określonych warunkach, takich jak zastosowanie piany, kondensacji lub procesów specjalnych.

6. W jakich zastosowaniach radar o wysokiej częstotliwości jest szczególnie przydatny?

Głównymi zaletami radaru wysokiej częstotliwości są krótsza długość fali, węższa wiązka i bardziej kompaktowa antena. Na przykład z tym samym lub podobnym rozmiarem anteny,80GHz Radar może generalnie wytwarzać węższą wiązkę niż 26GHz Radar, zmniejszający wpływ pobliskich stałych struk tur.

Skupione lub małe zbiorniki magazynowe\n

Naczynia zawierające rury, belki lub agitatory\n

Silosy do cementu, zboża oraz surowców mineralnych\n

Zastosowania wymagające małej anteny lub połączenia procesowego\n

Instalacje, w których należy minimalizować zakłócenia spowodowane ścianami lub konstrukcjami\n

Mierzenia na dużą odległość wymagające wysokiej jakości skupienia promienia

Większa częstotliwość nie oznacza automatycznie większej dokładności dla każdego urządzenia. Skuteczna wydajność zależy również od zakresu dynamicznego, przetwarzania sygnału, współczynnika odbicia w środowisku, konstrukcji anteny oraz warunków instalacji.

– 7. W jakich przypadkach należy rozważyć zastosowanie radaru o niższej częstotliwości lub radaru fal kierowanych?

Radar o niższej częstotliwości nadal ma ważne zastosowania pomimo powszechnego stosowania 80GHz technologia. W procesach z trwałą pianą, silną kondensacją, nietypowymi warunkami fazy gazowej lub wybranymi mediami o niskiej dielektrycznej, przydatne może być porównanie bezkontaktowego radaru o niższej częstotliwości,80GHz Radar radarowy i kierowany radar falowy.

Prawidłowy zasadniczy podział to nie «wyższa częstotliwość zawsze jest lepsza», lecz wybór technologii radarowej w zależności od właściwości odzwierciedlania środowiska, charakteru pęcherzyka, kondensacji, zakresu pomiarowego oraz warunków instalacyjnych.

8. Najczęstsze metody instalacji radarów bezkontaktowych

Przesyłniki radarowe bezkontaktowe są zazwyczaj instalowane z góry statku, zbiornika lub silo za pomocą śrubowej spójności, flanży, klatki montażowej lub innego odpowiedniego połączenia procesowego. Antena powinna mieć wyraźny ścieżkę pomiarową oraz, w ogólnym przypadku, skierować się jak najbliżej powierzchni materiału.

Unikać kierowania strumieni ciekłych

Nie kierować radaru bezpośrednio na spadające ciałe stałe, przychodzące strumienie ciekłych substancji ani silne strumienie gazowe.

Unikać dużych wewnętrznych przeszkód.

Kto może, należy unikać agitatorów, bel strukturalnych, dróg wspinaczek, spirali ogrzewania oraz wewnętrznych rurociągów.

Uwzględnić odległość od ściany zbiornika.

Nie umieszczaj radaru niepotrzebnie w pobliżu ściany. Prawidłowa odległość zależy od kąta promienia oraz zaleceń dotyczących instalacji.

Sprawdzaj wymiary nozla

Długi lub wąski nozel może powodować dodatkowe odbicia i powinien spełniać dopuszczalne wymiary wybranego modelu.

9. Czy oznaczenie orientacji flanży musi zawsze skierowywać się ku ścianie zbiornika?

Nie. Niektóre nadajniki radarowe posiadają znak orientacyjny na flanżie, antenie lub obudowie, a producent może wskazać konkretną orientację względem ściany statku, otworu bocznego lub wewnętrznej konstrukcji. Ten wymóg zależy jednak od konstrukcji anteny, jej polaryzacji oraz konkretnego urządzenia.

Jeśli produkt zawiera znak orientacyjny, należy go montować zgodnie z instrukcją dla konkretnego modelu, a nie stosować jednolitego zasady „ skieruj w stronę ściany" dla wszystkich nadajników radarowych.

10. Jak należy montować radar w silo dla masowego materiału stałego?

Powierzchnia ciał stałych zwykle nie jest pozioma i może tworzyć kąt spoczynku. Napełnianie może również tworzyć kurz i stale zmieniającą się geometrię materiału. Z tego powodu radar nie powinien być zwykle instalowany bezpośrednio nad strumieniem napełniania.

Punkt instalacji powinien zapewniać reprezentatywny średni poziom i stabilne echo. W wysokich lub złożonych silosach można zastosować regulowany kołnierz lub inny układ regulacji kąta, jeśli jest podparty przez produkt, tak aby wiązka radarowa była skuteczniej kierowana w stronę powierzchni celu.

Jeśli na echo wpływają ściany, belki nośne lub inne stałe struktury, można zastosować tłumienie fałszywego echa, aby zmniejszyć efekt tych stacjonarnych odbić.

11. Co to jest tłumienie fałszywego echa? Sygnały radarowe

mogą być odbijane nie tylko przez powierzchnię materiału, ale także przez ściany naczyń, belki konstrukcyjne, rury, mieszadła i inne obiekty wewnętrzne. Te stałe odbicia mogą być błędnie interpretowane jako poziom procesu.

Nowoczesne nadajniki poziomu radaru często zapewniają funkcje tłumienia fałszywego echa lub uczenia się echa. Funkcje te identyfikują i przechowują pozycje lub charakterystykę stałych odbić, dzięki czemu przyrząd może zmniejszyć ich wpływ na rzeczywisty pomiar poziomu.

Tłumienie fałszywego echa jest narzędziem uruchamiającym, a nie substytutem poprawnej instalacji. Przeszkody, których można uniknąć dzięki lepszemu pozycjonowaniu czujnika, powinny najpierw zostać rozwiązane przez projekt instalacji.

12. Jak zainstalowany jest radar falowy?

Radar z falami kierowanymi wykorzystuje pręt lub kabel do kierowania impulsem radaru, więc jego wymagania instalacyjne różnią się od wymagań radaru bezkontaktowego. Pręt lub kabel powinien zasadniczo pozostać pionowy i nie powinien stykać się ze ścianą naczynia, konstrukcjami wewnętrznymi lub mieszadła.

W przypadku głębokich zbiorników elastyczne sondy kablowe mogą wymagać uwzględnienia ich ruchu oraz zastrzygienia na dnie. Radar fal kierowanych może być przydatny w określonych warunkach stosowania piany, w środowiskach o niskiej stałej dielektrycznej, w pomiarach powierzchni granic oraz w zastosowaniach obwodowych, jednak produkty lepące lub powodujące powstawanie osadów mogą się nakładać na sondy, co zwiększa potrzebę konserwacji.

13. Jakie informacje należy potwierdzić przed wyborem i instalacją radaru?

– Pytania i odpowiedzi;

– Q1: Czy radar o wysokiej częstotliwości jest zawsze lepszy niż radar o niższej częstotliwości?

A1: Nie. Radar o wysokiej częstotliwości oferuje takie zalety jak wąski strzał i kompaktowa antena, jednak w niektórych zastosowaniach – takich jak zastosowania w piance, przy silnej kondensacji lub w specjalnych médiach – mogą być bardziej odpowiednie radary o niższej częstotliwości lub radary oparte na falach kierowanych.

Q2: Dlaczego jest 80GHz Radar odpowiedni dla małych zbiorników?

A2: Z tym samym lub podobnym rozmiarem anteny,80GHz Radar może zwykle generować węższą wiązkę i używać mniejszej anteny, co ułatwia unikanie ścian naczyń i struktur wewnętrznych.

Q3: Czy radar o niższej częstotliwości ma dłuższą czy krótszą długość fali?

A3: Dłuższa długość fali. Nizsza częstotliwość oznacza dłuższą długość fali, podczas gdy wyższa częstotliwość oznacza krótszą długość fali.

Q4: Czy pomiar poziomu za pomocą radaru podlega wpływom temperatury i ciśnienia?

A4: Rozpraszanie fal elektromagnetycznych zazwyczaj nie ulega silnemu wpływowi typowych zmian temperatury lub ciśnienia powietrza, jednak sam instrument ma określone granice temperatury i ciśnienia dla elementów mechanicznych, uszczelnień procesowych oraz układu elektronicznego.

Q5: Czy radar może mierzyć media o niskiej stałej dielektrycznej?

A5: Tak, jednak niższa stała dielektryczna zazwyczaj oznacza słabsze odbicie sygnału. Radar o odpowiednim zakresie dynamicznym, częstotliwości oraz konstrukcji anteny powinien być doborany w zależności od medium procesowego.

Q6: Czy można zainstalować nadajnik poziomu radarowego na długiej głowicy?

A6: Tak, jednak średnica i długość głowicy muszą spełniać wymagania konkretnego modelu.Ruchomica zbyt długa lub zbyt wąska może powodować dodatkowe odzwierciedlenia, zmniejszać użyteczny sygnał echa lub generować interferencje.

Q7: Powinien 80GHz Radar zawsze jest używany do silosów masywnych?

A7: 80GHz Radar wąskowiązkowy jest bardzo odpowiedni dla wielu złożonych silosów, ale podczas selekcji należy nadal brać pod uwagę kurz, zakres pomiarowy, kształt materiału i powierzchni oraz współczynnik odbicia.

Q8: Jaką jest główna różnica między radarом fal kierowanych a radarом bezkontaktowym?

A8: Radar bezkontaktowy emituje fale elektromagnetyczne przez przestrzeń wolną w kierunku powierzchni materiału, podczas gdy radar fal kierowanych kieruje sygnał po prętu lub kablu, wykorzystując zatem strukturę pomiarową z kontaktem.

Podsumowanie

Przesyłacze poziomu za pomocą radaru umożliwiają pomiar bez styku, zapewniają szeroką kompatybilność z różnymi médiami, działają w warunkach próżni oraz w trudnych warunkach temperaturowych lub ciśnieniowych, a także łatwo integrują się z systemami automatyzacji przemysłowej. Niemniej rzeczywiste właściwości tych urządzeń zależą od reflektowności medium, obecności piany, kondensacji, efektu akumulacji sygnału anteny, geometrii zbiornika oraz położenia czujnika.

Główne zalety radarów o wysokiej częstotliwości to krótsza długość fali, szerszy strzałek oraz mniejsza antena, co czyni je szczególnie przydatnymi dla małych statków, złożonych zbiorników oraz silosów przeznaczonych do transportu masowego i stałych materiałów. Radarzy o niższej częstotliwości nadal mają zastosowanie w wybranych przypadkach związanych z pianą, kondensacją oraz specjalnymi mediami, podczas gdy radar na podstawie fal kierowanych jest stosowany w określonych zastosowaniach – takich jak obiekty o niskiej stałej dielektrycznej, systemy kontrolujące interfejs, aplikacje z wykorzystaniem piany oraz komory bypass.

METRAVON Produkty pomiarowe oparte na radarze należy dobrać zgodnie z typem medium procesowego, zakresem pomiarowym, właściwościami dielektrycznymi, temperaturą procesową, ciśnieniem procesowym, obecnością piany, par, pyłu, geometrią zbiornika oraz wymaganą interfejsową jednostką wyjściową. Poprawny dobór i montaż są zazwyczaj ważniejsze niż prosty wybór najwyższej dostępnej częstotliwości radarowej.