Radar wysokiej częstotliwości: zasada, zalety i zastosowania

I. Co to jest radarowy miernik poziomu o wysokiej częstotliwości?

Radarowy miernik poziomu o wysokiej częstotliwości to urządzenie przemysłowe, które wykorzystuje mikrofalowe fale o wysokiej częstotliwości do ciągłego pomiaru poziomu. W zależności od rodzaju medium mierzonego, urządzenie można sklasyfikować jako radarowy miernik poziomu cieczy lub radarowy miernik poziomu materiału o wysokiej częstotliwości.

Niektóre produkty radarowe o wysokiej częstotliwości wykorzystują częstotliwość transmisji na poziomie około 25 GHz; produkty przemysłowe działające w zakresie częstotliwości 24 GHz, 26 GHz oraz innych pasm częstotliwości są również powszechnie dostępne. Konkretna częstotliwość pracy należy potwierdzić zgodnie z dokumentem technicznym odpowiadającego modelu.

Metroty poziomu z radarowym systemem wysokiej częstotliwości mogą być montowane w następujących sposobach:

• – za pomocą śrub;

• – za pomocą flanży;

– do pomiaru poziomu w reaktorach, zbiornikach magazynowych, silosowych z materiami stałymi oraz innych naczyniach.

Niektóre modele oferują zakres pomiarowy wynoszący około 30 m; rzeczywisty zakres pomiarowy zależy od modelu radarowego, anteny, środowiska oraz warunków montażowych.

II. Zasada działania radarowego miernika poziomu o wysokiej częstotliwości

Radarowy miernik poziomu o wysokiej częstotliwości generuje sygnały impulsowe mikrofalowe o wysokiej częstotliwości za pomocą obwodu elektronicznego, a następnie przesyła je w stronę powierzchni pomieranego medium za pomocą anteny.

Podstawowy proces pomiarowy można podsumować następująco:

Generowanie impulsu mikrofalowego → transmisja przez antenę → odzwierciedlenie od powierzchni środowiska → odbiór echa przez antenę → obliczenie czasu propagacji → ustalenie poziomu

Niektóre urządzenia radarowe o wysokiej częstotliwości wykorzystują linie mikroplaskie o wysokiej częstotliwości oraz struktury przewodników falowych, przy czym impulsy mikrofalowe są przekazywane przez materiał PTFE oraz inne konstrukcje anten.

Gdy impuls radarowy dociera do powierzchni pomierzonego płynnego lub stałego materiału, część energii jest odbijana i odbierana przez tę samą antenę.

Instrument analizuje przedział czasowy między wysyłanym a odbieranym sygnałem, aby obliczyć odległość od anteny do powierzchni pomierzonego medium, a następnie przelicza tę odległość na poziom płynu lub poziom materiału.

Zatem podstawową wielkością, którą mierzy przyrząd mierzenia poziomu za pomocą radaru wysokich częstotliwości, jest:

Odległość od radaru do powierzchni medium.

III. Jakie medium są odpowiednie do stosowania przyrządów mierzenia poziomu za pomocą radaru wysokich częstotliwości?

Przyrządy mierzenia poziomu za pomocą radaru wysokich częstotliwości mogą być wykorzystywane do ciągłego pomiaru cieczy oraz materii stałej.

Szczególnie w zastosowaniach z materiałami stałymi mogą być wykorzystane do:

• Cząstek stałych;

• Materiałów sypkich;

• Materiałów proszkowych;

• Silosów z materiałami stałymi;

• Pojemników do procesów przemysłowych.

Radar wysokich częstotliwości znajduje szeroką zastosowanie również w miejscach, w których występuje pył, kondensacja, par woda lub złożone warunki powierzchni medium.

Podczas rzeczywistego wyboru produktu należy wciąż potwierdzić następujące czynniki:

• Typ mediumu;

• Maksymalna odległość pomiarowa;

• Wymiary sila;

• Warunki pyłowe;

• Warunki par wody i kondensacji;

• Pozycja instalacji;

• Typ anteny;

IV. Jakie są główne zalety radarowych pomiarów poziomu o wysokiej częstotliwości?

W porównaniu z radarami impulsowymi o niższej częstotliwości, radarowe mierniki poziomu o wysokiej częstotliwości posiadają specyficzne cechy w zakresie rozmiaru anteny, kierunkowości oraz zastosowań w małych statkach.

1. Relatywnie skoncentrowany promień

Systemy radarowe o wysokiej częstotliwości (24 GHz, 25 GHz i 26 GHz) charakteryzują się relatywnie krótkimi długościami fal.

Dzięki odpowiednio zaprojektowanej antenie można utworzyć stosunkowo skoncentrowany promień radarowy, co pozwala na dokładniejsze oświetlenie obszaru docelowego.

Ta funkcja ma praktyczne zalety w przypadku statków, w których występują określone wewnętrzne zaburzenia strukturalne.

2. Mniejsza wielkość anteny

Wraz ze wzrostem częstotliwości pracy można stosować bardziej kompaktową konstrukcję anteny w podobnych warunkach projektowych.

Zatem radar wysokiej częstotliwości jest szczególnie odpowiedni do stosowania w następujących przypadkach:

• – statki z małymi otwieraczami do montażu;

• – małe zbiorniki magazynowe;

• – urządzenie z ograniczonym przestrzenią montażową;

• – małe naczynia procesowe;

– mniejsza wielkość anteny może również ułatwić montaż mechaniczny w niektórych aplikacjach terenowych.

3. Przydatny do pomiarów określonych ilości materii stałej –

Długość fali radaru o częstotliwości 26 GHz wynosi około 11 mm.

W pomiarze poziomu materii stałej w ilościach masowych radar wysokich częstotliwości może być wykorzystany do ciągłego monitorowania poziomu materiałów grunnych oraz innych materiałów stałych.

Ponieważ powierzchnia materiałów stałych zazwyczaj nie jest tak płaska jak powierzchnia cieczy, przy wyborze radaru należy również wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• Kątowe powierzchnie materiałów;

• Płyny;

• Rozmiar cząstek;

• Wewnętrzne struktury silos;

• Pozycja wypełnienia.

Wysoka częstotliwość jest jedynie jednym z czynników wpływających na wydajność pomiaru i nie może samodzielnie określić końcowego wyniku pomiaru.

V. Dlaczego radar wysokich częstotliwości jest odpowiedni do stosowania w małych zbiornikach magazynowych?

W naczyniach o niewielkim średnicy oraz stosunkowo niskiej całkowitej wysokości, jeśli promień radarowy jest zbyt szeroki, istnieje większa szansa, że promień ten oświetli ścianę zbiornika lub wewnętrzne struktury.

Ponieważ radar wysokich częstotliwości może wykorzystywać mniejsze anteny i zazwyczaj zapewnia lepszą kierunkowość, może to zmniejszyć niektóre zakłócenia spowodowane ścianami zbiornika oraz otaczającymi strukturami.

Zatem radar wysokiej częstotliwości zapewnia sprzyjające warunki montażowe w małych zbiornikach magazynowych oraz małych naczyniach procesowych.

Jednak podczas montażu należy nadal przestrzegać następujących wymogów:

• Poprawnie dopasować antenę do powierzchni medium;

• Uniknąć wejścia do wypełnienia;

• Uniknąć widocznych przeszkód;

• Uniknąć montażu anteny zbyt blisko ściany zbiornika.

VI. Czy zanieczyszczenie pyłem, parą wody oraz anteną wpływa na radar o wysokich częstotliwościach?

Po długotrwałym eksploatacji w środowiskach przemysłowych powierzchnia anteny radarowej może stopniowo napełniać się:

• Pyłem;

• Parą wody;

• Zanieczyszczeniami;

• Kondensacją.

Te osadzenia mogą wpływać na transmisję i odbiór sygnałów radarowych.

Anteny radarowe wysokich częstotliwości są zazwyczaj stosunkowo kompaktowe i mogą być wyposażone w odpowiednie struktury ochronne lub pokrywy antenowe w zależności od konkretnego zastosowania, co pozwala ograniczyć niektóre skutki spowodowane parą wody oraz zanieczyszczeniem.

Jednak pokrywa anteny nie może zastąpić regularnego konserwowania.

W przypadku aplikacji charakteryzujących się intensywnym zanieczyszczeniem pyłem, częstym kondensowaniem lub długotrwałym zanieczyszczeniem, należy regularnie sprawdzać następujące elementy:

• Powierzchnię anteny;

• Strukturę ochronną;

• Stan szczelności;

• Stan odbicia.

VII. Jaka jest różnica między radarami wysokofrekwencjowymi a radarami niskofrekwencjowymi?

Oba typy radarów wykorzystują fale elektromagnetyczne do pomiaru poziomu, jednak różnią się częstotliwościami pracy oraz strukturą anten.

– należy pamiętać, że nie istnieje absolutna przewaga ani niedowaga między radarami o wysokiej a niską częstotliwością.

– rzeczywiste właściwości pomiarowe nadal zależą od następujących czynników:

– medium, antena, zakres pomiarowy, struktura montażowa oraz warunki terenowe.

VIII. Jakie są typowe zastosowania radarowych mierników poziomu o wysokiej częstotliwości?

Radarowe mierniki poziomu o wysokiej częstotliwości mogą być wykorzystywane w szerokim spektrum procesów przemysłowych.

Typowe zastosowania obejmują:

Silosy do materiałów stałych;

Do ciągłego monitorowania poziomu materiałów grunnych, proszkowych oraz materiałów stałych w ilościach masowych;

Reaktory.

Służy do pomiaru poziomu cieczy lub poziomu materiału w naczyniach procesowych.

Małe naczynia magazynowe;

W przypadku ograniczonego przestrzeni instalacyjnej oraz stosunkowo niewielkiego średnicy naczynia pomiar można wykonać za pomocą mniejszej anteny i stosunkowo skupionego promienia promieniowania.

Środowiska z pyłem;

Podczas transportu i magazynowania stałych materiałów wewnątrz sila może występować znaczna ilość pyłu. W zależności od konkretnego modelu, radar wysokiej częstotliwości może być wykorzystany w tych warunkach eksploatacyjnych.

Statecy z parą wody lub kondensacją;

Odpowiednie konstrukcje anten oraz rozwiązania ochronne mogą ograniczyć niektóre skutki wynikające z pary wody lub zanieczyszczenia.

IX. Jakie parametry należy potwierdzić przy wyborze miernika poziomu radarowego o wysokiej częstotliwości?

Często zadawane pytania –

Pytanie 1: Jakie jest typowa częstotliwość pracy radarowego miernika poziomu o wysokiej częstotliwości?

Niektóre produkty radarowe o wysokiej częstotliwości działają w zakresie 24 GHz, 25 GHz lub 26 GHz. Konkretna częstotliwość pracy zależy od modelu i powinna zostać potwierdzona zgodnie z dokumentem technicznym produktu.

Q2: Dlaczego radar o częstotliwości 26 GHz jest odpowiedni do stosowania w małych zbiornikach magazynowych?

Wyższa częstotliwość pracy pozwala na zastosowanie bardziej kompaktowego projektu anteny oraz generowanie stosunkowo skoncentrowanego promienia. Zatem w pojemnikach o małym średnicy łatwiej uniknąć ścian zbiornika oraz wewnętrznych struktur.

Q3: Czy radar o wysokiej częstotliwości może mierzyć materiale stałe?

Tak. Pojedyncze radarowe metryczki poziomu o wysokiej częstotliwości mogą być wykorzystane do ciągłego pomiaru poziomu materiałów grunnych, proszków oraz innych substancji stałych w objętości.

Q4: Jakie jest długość fali radaru o częstotliwości 26 GHz?

Długość fali radaru o częstotliwości 26 GHz wynosi około 11 mm.

Q5: Czy pył na powierzchni anteny wpłynie na wynik pomiaru?

Możliwe. Gęsty kurz, parę wodną lub zanieczyszczenia gromadzące się na powierzchni anteny mogą wpływać na prawidłowe nadawanie i odbieranie sygnałów radarowych. Dlatego inspekcja oraz konserwacja powinny być przeprowadzane zgodnie z warunkami na miejscu.

Q6: Czy radar o wysokiej częstotliwości jest zawsze dokładniejszy niż radar o niskiej częstotliwości?

Nie – dokładność pomiaru nie może być określona wyłącznie na podstawie częstotliwości pracy. Częstotliwość wpływa na charakterystykę wiązki oraz projektowanie anteny, jednak rzeczywista dokładność pomiaru zależy również od konkretnego modelu, środowiska, zakresu pomiarowego, warunków montażu oraz możliwości przetwarzania sygnału.

Podsumowanie

– Radarowe mierniki poziomu o wysokiej częstotliwości wykorzystują impulsy mikrofalowe o wysokiej częstotliwości do pomiaru poziomu bezkontaktowego. Niektóre produkty są przeznaczone do pracy w zakresach częstotliwości, takich jak 24 GHz, 25 GHz lub 26 GHz.

Ich główne cechy obejmują:

Mniejszą wielkość anteny, dobre kierunkowość, stosunkowo skupiony promień oraz odpowiedność do stosowania w silosach z materiałów stałych, małych zbiornikach magazynowych oraz w określonych warunkach eksploatacyjnych charakteryzujących się zaprawą lub skłonnością do kondensacji.

Jednak wyższa częstotliwość pracy nie oznacza, że przyrząd będzie działać lepiej we wszystkich warunkach lokalnych.

W przypadku rzeczywistych projektów należy nadal wybrać odpowiedni model radarowego miernika poziomu na podstawie kompleksowej oceny następujących czynników:

Typ urządzenia, zakres pomiarowy, wymiary statku, pył, par wody, kondensacja, struktura wewnętrzna oraz metoda montażu.