Радарные антенны и диэлектрическая проницаемость: влияние на измерение уровня и выбор

Радарные антенны уровня METRAVON и диэлектрическая постоянная: влияние на измерение и подбор. Передатчик радиолокационного уровня

излучает электромагнитные волны в сторону поверхности продукта и принимает отражённый эхо-сигнал. Расстояние рассчитывается на основе времени прохождения сигнала или зависимости между частотой и временем прохождения сигнала.

Два радиолокационных прибора с одинаковым номинальным диапазоном могут демонстрировать существенно различающиеся характеристики, если различаются конструкция антенны конструкция антенны, рабочая частота, диэлектрические свойства измеряемой среды или условия монтажа .

1. Почему антенна имеет такое важное значение?

Антенна определяет, как электромагнитная энергия передаётся в судно и как принимаются возвращающиеся эхо-сигналы.

Она влияет на следующие параметры:

Угол луча;
Директивность;
Коэффициент прироста антенны;
Область охвата луча внутри судна;
Чувствительность к стационарным конструкциям;
Устойчивость к конденсации и накоплению.

Следовательно, более крупная антенна не обязательно является более эффективной.Правильный выбор конструкции зависит от частоты, диапазона, типа технологического соединения и геометрии сосуда.

2. В чём различия между распространёнными радарными антеннами?

Тип антенны	Основные характеристики	Типовые соображения при выборе
Усилительный конус	Успешно проверенная конструкция, доступная в различных диаметрах	Общие ёмкости для жидкостей и специализированные решения для работы с твёрдыми телами:
– линза;	– компактная конструкция, идеально подходящая для систем с узким пучком и высокой частотой;	80GHz радар, соединения малых технологических трубопроводов, сложные внутренние конструкции сосудов
– стержневая конструкция;	– узкая конструкция процессного узла.Доступно в различных материалах, пригодных для технологических процессов:	— малые соединения и специализированные условия эксплуатации в условиях коррозии;
— параболическая антенна;	— относительно высокий коэффициент прироста и направленность;	— специализированные применения на больших расстояниях, а также для крупных резервуаров или силосов;

3. Как это сделать?26GHz и 80GHz Влияет ли это на проектирование антенны?

Частота более высокая означает более короткую длину волны. При сопоставимой эффективной апертуре радар более высокой частоты, как правило, обеспечивает более узкий луч.

Типичные преимущества 80GHz включают:

Более компактные габариты антенны;
Узкий луч;
Более эффективное обходление стенок резервуаров и внутренних конструкций;
Меньшие размеры технологических соединений;
Повышенная чёткость разделения близко расположенных отражений.

Эти преимущества не означают, что 80GHz автоматически обеспечивает более высокую точность измерений в каждом конкретном случае применения.

4. Что означает диэлектрическая проницаемость при радиолокационном измерении уровня?

При измерении уровня с помощью радарного метода ключевым фактором является диэлектрический контраст между газовой средой и поверхностью продукта.

При достижении электромагнитной волны поверхности продукта изменение диэлектрических свойств приводит к отражению.

Чем сильнее отражение от поверхности продукта, тем проще передатчику выделить реальный эхо-сигнал уровня на фоне фоновых помех.

5. Почему измерение в средах с высоким диэлектрическим проницаемостью, как правило, является более простым?

Вода и многие водные растворы, как правило, вызывают выраженный поверхностный эхо.

Это обеспечивает более широкий запас сигнала, особенно при измерениях на большие расстояния или в условиях, когда фиксированные структуры также создают отражения.

Более интенсивный эхо-сигнал не гарантирует автоматически более высокую точность определения базового расстояния. Точность по-прежнему зависит от конструкции прибора и условий его применения.

6. Почему измерения в средах с низкой диэлектрической проницаемостью являются более сложными?

Некоторые виды масел, углеводородов и органических растворителей вызывают более слабые радарные отражения.

Требования к устройству возрастают в следующих случаях, когда низкая диэлектрическая проницаемость сочетается с:

широким диапазоном измерений;
компактной антенной;
использованием тяжёлой пены;
сильным отражением от дна ёмкости;
сложным монтажным соплом;
Внутренние стационарные конструкции.

7. Как следует обращаться с низкодиэлектрическими средами?

Убедиться в фактических диэлектрических свойствах среды.
Проверить допустимый диэлектрический диапазон передатчика и измерительное расстояние.
Подобрать подходящую антенну и рабочую частоту.
Избегать размещения мощных стационарных отражателей в пределах основного луча.
Проанализировать кривую эха для подтверждения достаточного запаса сигнала.
При соответствующих условиях используйте радар на основе направляемых волн.

8. Почему монтажный сопло может влиять на характеристики радара?

Длинный узкий монтажный сопло может вызывать дополнительные отражения и ограничивать эффективное излучение антенны.

Проверка:

Внутренний диаметр сопла;
Длина сопла;
Требуется ли, чтобы антенна выходила за пределы сопла;
Внутренние сварные швы или выступы;
Совместимость геометрии антенны с конструкцией сопла.

9. На каком расстоянии должен находиться радар от стенки резервуара?

Не существует универсального правила «D/6», применимого ко всем радиолокационным установкам.

Более полезной концепцией является область покрытия луча на всём протяжении диапазона измерений.

Основной пучок должен, по возможности, избегать стенок резервуара, несущих балок, агитаторов, заполняющих труб и других сильных отражателей.

10. Что следует делать при наличии внутренних препятствий?

Практический приоритет:

Оптимизировать положение монтажа;
При необходимости выбрать более узкий луч;
Оптимизировать размер или ориентацию антенны;
Проанализировать фактическую кривую эха;
Подавление фиксированного эха применять только в случае неизбежных остаточных помех.

Подавление ложных эхо с помощью программного обеспечения не следует использовать для компенсации фундаментально неудовлетворительного механического монтажа.

11. Почему конденсация и накопление загрязнений также являются факторами, влияющими на выбор антенны?

Наличие водяной плёнки, пыли или технологического покрытия на антенне изменяет электромагнитные условия в непосредственной близости от передатчика.

В приложениях, где наблюдаются интенсивные процессы конденсации или накопления загрязнений, могут быть эффективными такие меры, как использование геометрии антенны, препятствующей накоплению загрязнений, применение материалов, устойчивых к воздействию технологической среды, проведение продувки воздухом или проектирование конструкции, облегчающее её очистку.

12.Ускоренный выбор антенны | Справочные материалы |

\| Условия применения \|	\| На что обратить внимание \|
\| Небольшой резервуар \|	\| Компактная антенна, узкий луч, минимальное расстояние для измерений \|
\| Высокий резервуар \|	\| Директивность антенны и запас сигнала \|
\| Низкодиэлектрическая жидкость	Способность к слабому эху, дальность действия, конструкция антенны;
сложные внутренние компоненты;	узкий луч и положение монтажа;
коррозионно-активная среда;	материалы для контакта с технологической средой и изоляционные материалы;
конденсация / накопление влаги	Конструкция поверхности антенны, продувка, доступ для очистки.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Значит ли более высокая диэлектрическая проницаемость более высокую точность?

Ответ: Не обязательно. Как правило, это означает более сильное отражение, тогда как базовая точность определения расстояния в первую очередь определяется конструкцией передатчика.

Вопрос 2: Является ли 80GHz всегда лучше, чем 26GHz?

A: Нет. Основные преимущества 80GHz это компактные антенны и узкие лучи

Вопрос 3: Всегда ли более крупная антенна является более предпочтительной?

A: Нет. Более крупный диафрагмальный размер может повысить направленность, однако он требует большего объёма места для установки.

Q4: Должно ли измерение жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью всегда выполняться с помощью радиолокатора на основе направляемых волн?

A: Нет. Радиолокатор в свободном пространстве может использоваться для измерения множества жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью при правильном подборе.

Q5: Должно ли радиолокатор всегда устанавливаться на расстоянии D/6 от стенки резервуара?

A: Нет. Оптимальное положение определяется углом луча, высотой резервуара и его внутренней геометрией.

Q6: Какая информация требуется для выбора радара?

A: средовые и диэлектрические свойства, высота и диаметр резервуара, измерительный диапазон, тип сопла для крепления, внутренняя структура, температура, давление, наличие пены, конденсация и требуемые интерфейсы.

Заключение

Стабильность радиолокационного измерения уровня зависит от того, обладает ли реальный отраженный сигнал от продукта достаточным запасом сигнала.

Диэлектрические свойства среды определяют, насколько сильно поверхность отражает радиолокационное излучение, в то время как характеристики антенны и рабочая частота определяют, как это излучение передаётся, фокусируется и принимается.

Низкодиэлектрические среды, большие расстояния и сложная геометрия ёмкости, таким образом, требуют того, чтобы антенна, частота и схема крепления оценивались в рамках единой комплексной измерительной системы.