Типы радарных уровнемеров

Виды радиолокационных приборов для измерения уровня: радиолокация без контакта, радиолокация по методу FMCW и радиолокация по направляемым волнам. Руководство по выбору.

Радиолокационные приборы для измерения уровня используют высокочастотные электромагнитные волны для определения положения поверхности жидкости или твёрдого материала в свободном состоянии. Эти приборы широко применяются для непрерывного измерения уровня в промышленных резервуарах, технологических ёмкостях и силосах для твёрдых материалов.

С точки зрения метода измерения, технологии радиолокационного контроля уровня в целом можно разделить на две основные категории:радар без контактаи радар на основе направляемых волн(GWR)Радар без контакта передаёт электромагнитные волны через свободное пространство над измеряемой средой, в то время как радиолокация с направляемыми волнами направляет радиолокационные импульсы по стержню, кабелю или коаксиальному зонду.

Эти два типа могут быть дополнительно классифицированы в зависимости от технологии формирования сигнала, рабочей частоты, конструкции антенны и конструкции зонда.

1. Какие существуют два основных типа радиолокационных приборов для измерения уровня?

Категория:	Радар без контакта;	Радар на основе направляемых волн;
Распространение сигналов;	Электромагнитные волны распространяются по свободному пространству внутри судна.	Радиолокационные импульсы распространяются по металлическому зонду:
— с контактом с средой;	— без контакта с средой;	— стержень или кабель вводится и вступает в контакт с средой;
— типичная схема установки;	— устанавливается на верхней части резервуара или силоса.	Установывается на верхней части устройства, а зонд проникает внутрь сосуда.
Типичные среды;	Жидкости, суспензии, порошки, гранулы и твёрдые тела в свободном состоянии;	Жидкости, отобранные суспензии и твёрдые тела, а также межфазные границы жидкость–жидкость;
Основные характеристики;	Работа без контакта, относительно низкое обслуживание и гибкая установка;	Сигнал концентрируется вдоль зонда и подходит для применения на специализированных сложных поверхностях и в задачах с межфазными границами.

2. Что такое радиолокационный уровеньный прибор без физического контакта?

Безконтактный радиолокационный уровень, также известный как радиолокационный датчик в свободном пространстве, обычно устанавливается на верхней части резервуара или силоса. Его антенна излучает электромагнитные волны в сторону поверхности материала.

Электромагнитные волны распространяются по свободному пространству над средой, отражаются от поверхности жидкости или твёрдого тела и возвращаются к антенне. Прибор анализирует временную или частотную зависимость между передаваемым и отражённым сигналами, чтобы вычислить расстояние и преобразовать его в уровень сигнала.

К числу распространённых типов антенн относятся антенны в виде рожка, линзовые антенны и антенны в encapsulated-конструкциях. Выбор подходящего типа антенны определяется рабочей частотой, средой в процессе, температурой, давлением и степенью коррозионной активности среды.

3. Как классифицируются радиолокаторные приборы без физического контакта по типу используемой сигнальной технологии?

С точки зрения обработки сигналов, радиолокация без контакта в основном подразделяется на импульсную радиолокацию типа.и радарFMCW,и

3.1. Приборы для измерения уровня на импульсном радаре

Пулс-радар периодически излучает короткие микроволновые импульсы и принимает отражённые от поверхности материала сигналы. Расстояние рассчитывается на основе времени прохождения импульса туда и обратно.

Расстояние = скорость электромагнитной волны × время прохождения туда и обратно ÷ 2

Пулс-радар имеет долгую историю промышленного применения и может использоваться как для жидкостей, так и для твёрдых тел в целом. Фактические характеристики зависят от частоты, конструкции антенны, методов обработки сигналов и условий монтажа.

3.2. FMCW Приборы для измерения уровня радиолокационного излучения

FMCW означает «частотно-модулированный непрерывный сигнал». В ходе каждого сканирования частоты прибор непрерывно изменяет передаваемую частоту. Возвращающийся эхо-сигнал отличается по частоте от текущего передаваемого сигнала.

Эта разность частот зависит от расстояния до цели и позволяет прибору определять положение поверхности материала с помощью цифровой обработки сигналов. FMCW широко используется в современных высокочастотных радиолокаторных приборах без контакта.

Пулевой радар

определяет расстояние на основе времени распространения коротких микроволновых импульсов.

FMCW Radar

Определяет расстояние в зависимости от разницы частот между передаваемым и отражаемым сигналами.

— 4. Можно ли классифицировать радиолокационные приборы для измерения уровня по частоте?

Да. Промышленные радиолокационные устройства без контакта доступны в различных диапазонах частот, включая традиционные радиолокационные системы с более низкой частотой — в диапазоне примерно от 24 до 26GHz радар и современные высокочастотные технологии, такие как 60 ГГц и 80GHz радар

Рабочая частота влияет на длину волны, габариты антенны и характеристики луча. При одинаковых габаритах антенны радар с более высокой частотой, как правило, обеспечивает более узкий луч, что может быть целесообразным для малых судов, длинных сопел, резервуаров с внутренними препятствиями и бункеров с твёрдыми наполнителями.

Частота — лишь один из факторов выбора. Также следует учитывать среднюю отражательную способность, наличие конденсата, пены, накопление загрязнений, геометрию установки и условия технологического процесса.

5. Какой тип радара это 80GHz Передатчик уровня радара?

80GHz Радар относится к категории высокочастотных радиолокаторов без физического контакта. Современные промышленные 80GHz Продукты, в которых обычно используются FMCW технология, объединяющая высокую частоту, короткую длину волны и относительно узкий пучок излучения для измерения уровня жидкостей и твёрдых тел в объёме.

Суженный пучок позволяет снизить уровень интерференции от стенок сосудов, стоек, труб и других внутренних конструкций. В результате этого,80GHz Радар широко применяется в химических резервуарах, системах очистки воды, компактных технологических ёмкостях, а также в силосах для порошков и гранулированных материалов.

Угол луча, диапазон измерений, точность, а также рабочие параметры по температуре или давлению в процессе эксплуатации являются параметрами, специфичными для конкретного изделия, и должны быть подтверждены в техническом описании выбранной модели.

6. Что такое радар на основе направляемых волн?

Радар на основе направляемых волн, или GWR, основан на технологии TDR (рефлектометрия во временной области).

Прибор, как правило, устанавливается в верхней части ёмкости, при этом металлическая штанга, кабель или коаксиальный зонд проникают в технологическую среду. Радарные импульсы распространяются вдоль зонда. При достижении сигнала поверхности материала изменение диэлектрических свойств приводит к тому, что часть сигнала отражается обратно по тому же зонду.

Прибор определяет положение материала на основе времени прохождения радиарного импульса туда и обратно.Длина зонда выбирается в зависимости от диапазона измерений и геометрии сосуда, и в каждом конкретном случае она не обязательно должна достигать дна сосуда.

7. Как классифицируют радар на основе направляющихся волн в зависимости от типа зонда?

Радар на основе направляющихся волн может быть дополнительно классифицирован в зависимости от конструкции зонда: стержневые, кабельные и коаксиальные зонды.

Стержневой зонд для ГВР

Использует жёсткий металлический стержень; подходит для множества задач с жидкостями в коротком и среднем диапазоне измерений, а также для отдельных задач с твёрдыми телами.

Кабельный зонд GWR.

Использует гибкий кабель; подходит для более высоких сосудов или при увеличении диапазона измерений с учётом возможности перемещения зонда, натяжения и внутренней структуры.

Коаксиальный зонд GWR.

Использует коаксиальную структуру зонда для обеспечения более концентрированного тракта передачи сигнала; данная технология часто применяется при работе с определёнными типами жидкостей и в условиях более строгих требований к точности измерений.

Некоторые модели радара на основе направляемых волн также используют двухствольные, двухкабельные или иные специализированные конструкции зондов. Выбор конкретной конфигурации зависит от типа измеряемой среды, требуемого дальнего действия, диэлектрических свойств, вязкости, наличия пены, внутренней структуры среды, а также от условий механической установки.

8. Почему радар на основе направляемых волн подходит для измерений на границе раздела фаз?

Когда две несмешивающиеся жидкости образуют отдельные слои, изменение диэлектрической проницаемости между верхней и нижней жидкостями может вызывать второе радарное отражение. Некоторые специализированные радарные приборы на основе направляемых волн способны анализировать как поверхность верхней жидкости, так и границу раздела жидкостей. При проведении измерений границы раздела в системе

000 необходимо учитывать диэлектрические свойства обеих жидкостей, толщину верхнего слоя, структуру эмульсионного слоя и условия процесса.Поэтому следует выбрать модель, специально разработанную для измерения параметров интерфейса.

9. В чём разница между радаром без контакта и радаром на основе направляющих волн?

Критерии сравнения	Радиолокация без контакта	Радиолокация с направляющими волнами
Контакт с средой	Антенна, как правило, расположена над средой	Проволока или кабель проникает в технологическую среду
Путь распространения сигнала	Вольный пространственный регион	По оси зонда
Внутренние препятствия	При установке необходимо минимизировать отражения от стен, балок и других конструкций	Сигнал концентрируется вдоль зонда, однако сам зонд должен находиться в зоне, свободной от внутренних металлических конструкций
Агитаторы	Это зачастую можно избежать при выборе подходящего положения установки.	Следует оценить риск механического контакта между зондом и мешалкой.
Измерение на интерфейсе.	Как правило, измеряется верхняя поверхность процесса.	Некоторые выбранные модели поддерживают измерение интерфейса жидкость–жидкость:
Обслуживание:	Ненонконтактная конструкция, как правило, снижает потребность в обслуживании:	Следует учитывать накопление на зонде, механическую нагрузку и адгезию процесса:

10. Под влиянием пыли, температуры и парового режима работает ли неконтактный радар?Радар

использует электромагнитные волны, поэтому изменения температуры и давления воздуха не вызывают погрешностей в определении расстояния из-за изменения скорости распространения звука — в отличие от ультразвуковых измерений. Кроме того, радар, как правило, обеспечивает широкий рабочий диапазон в условиях, характеризующихся наличием пыли и паров.

Реальные характеристики могут быть подвержены влиянию экстремального загрязнения пылью, сильной конденсации, накопления пыли на антенне, высокой концентрации паров, диэлектрических свойств, а также влияния температуры и давления в технологическом процессе на антенну, уплотнения и механическую конструкцию.

Поэтому в сложных условиях эксплуатации следует выбирать соответствующую радарную модель, конструкцию антенны и технологическую классификацию.

11.В каких случаях следует рассматривать использование радиолокатора без физического контакта?

Сensing-элемент не должен находиться в контакте с средой.

Коррозионные или склонные к загрязнению химические среды.

Порошковые, гранулированные и объёмные твёрдые материалы в силосах;

— процессы при высоких температурах, в вакууме или под давлением;

— крупные ёмкости для хранения и широкие диапазоны измерений;

— геометрия ёмкости обеспечивает чёткий путь прохождения радиолокационного луча;

— 12. В каких случаях можно применять радиолокацию с направляющими волнами?

Требуется измерение межфазного интерфейса жидкость–жидкость.

Контейнер узкий или пространство для установки ограничено.

Поверхность жидкости характеризуется интенсивным движением.

Предусмотрены специфические условия применения — использование пены или пара.

Предусмотрены применение в обходной или внешней камере.

Датчик можно установить безопасно, не создавая помех для технологического оборудования.

13. Какие сведения требуются при выборе радиолокационного уровняного измерительного прибора?

Параметр отбора:	Информация для подтверждения:
Процессовый материал:	— жидкость, суспензия, порошок, гранулы или иной твёрдый материал в свободном состоянии;
Задача измерения:	— непрерывное измерение уровня, уровня твёрдого материала в свободном состоянии или интерфейса жидкость–жидкость;
Диапазон измерений:	— максимальный и минимальный уровни, а также общая длина измерительного участка.
Диэлектрические свойства	Материалы с низкой диэлектрической проницаемостью требуют особого внимания к интенсивности эхо-сигнала
Температура процесса	Минимальная, нормальная и максимальная рабочая температура
Напряжение процесса	Условия: вакуум, атмосферное давление или давление выше атмосферного
Условия процесса	Пена, пар, конденсация, пыль, перемешивание и образование отложений
Геометрия сосуда	Диаметр резервуара, высота, сопло, балки, мешалки и внутренние препятствия — Выходной интерфейс
	4-20mA, HART, RS485 Modbus RTU или другой требуемый интерфейс

Частые вопросы

Вопрос 1: Какие два основных типа радиолокационных приборов для измерения уровня жидкости или газа существуют?

Ответ 1: В целом они делятся на радиолокационные приборы без контакта и радиолокационные приборы на основе направляемых волн. В радиолокационных приборах без контакта электромагнитные волны передаются через свободное пространство, тогда как в приборах на основе направляемых волн радиолокационные импульсы направляются по металлическому зонду.

Вопрос 2: В чём разница между импульсным радиолокационным прибором и радиолокационным прибором FMCW?

A2: Пулсовый радар определяет расстояние по времени распространения импульса, в то время как радар FMCW определяет расстояние по разности частот между передаваемым импульсом и возвращающимся эхо-сигналом.

Вопрос 3: Какой тип радара?80GHz Радар?

A3: 80GHz Радар, как правило, представляет собой высокочастотную технологию радиолокации без физического контакта, и современные промышленные устройства в значительной степени используют именно такой тип радиолокации. FMCW измерение

Q4: Является ли радар на основе направляемых волн методом измерения с физическим контактом?

A4: Палка, кабель или коаксиальный зонд проникают в технологическую среду и контактируют с ней, поэтому радар на основе направляемых волн с точки зрения монтажа обычно классифицируется как контактный метод непрерывного измерения уровня.

Q5: Должен ли зонд радара на основе направляемых волн достигать дна ёмкости?

A5: Нет. Длина зонда должна определяться в зависимости от измеряемого диапазона, геометрии ёмкости и требований конкретного прибора.

Q6: Какие типы зондов доступны для радара на основе направляющихся волн?

A6: К распространённым типам зондов относятся стержневые, кабельные и коаксиальные. Некоторые модели также оснащаются двухстержневыми, двухкабельными или другими специализированными конструкциями.

Q7: Какой тип радара наиболее подходит для силосов, предназначенных для хранения твёрдых сырьевых материалов в крупнозернистой или порошковой форме?

A7: Высокочастотный радиолокационный датчик без контакта широко применяется в силосах для порошков и гранулированных материалов, особенно в тех случаях, когда требуется большая дальность обнаружения, в условиях обильного пыления или при наличии сложной внутренней структуры силоса.Некоторые из выбранных радиолокационных систем на основе направляющихся волн также могут применяться для исследований твёрдых тел — в зависимости от характеристик зонда и свойств материала.

Q8: Какая радиолокационная технология подходит для измерения границ раздела жидкостей?

A8: Радар на основе направляемых волн с функцией специализированного интерфейсного измерения широко применяется для непрерывного измерения двух несмешивающихся жидких слоёв. Необходимо подтвердить диэлектрические свойства обоих сред.

— Заключение.

Приборы для измерения уровня радиолокационного излучения, как правило, подразделяются на радиолокаторы без контакта и радиолокаторы на основе управляемых волн. Радиолокаторы без контакта передают электромагнитные волны через свободное пространство и могут быть дополнительно классифицированы на импульсные радиолокаторы и FMCW радар. В зависимости от рабочей частоты промышленные решения могут включать традиционные радары с более низкой частотой — в диапазоне примерно 24– 26GHz радар и современные системы на частоте 60 ГГц или 80GHz радар

Радар на основе направляющих волн направляет радиолокационные импульсы по металлическому стержню, кабелю или коаксиальному зонду и может быть дополнительно классифицирован в зависимости от конструкции зонда. Благодаря узкому пути распространения он подходит для решения конкретных задач, включая измерение перемещений на поверхности, свойств пены и параметров границ раздела жидкость–жидкость.

METRAVON Продукты для измерения на радиолокационном уровне можно выбирать в вариантах «безконтактных» или «на основе направляющих волн» в зависимости от среды процесса, диапазона измерений, температурных и дадовых условий, диэлектрических свойств измеряемой среды, типа пены, паровой фазы, концентрации пыли, геометрии ёмкости, а также требований к интерфейсу автоматизации; при этом поддерживаются промышленные интерфейсы, включая 4–20 нм. mA и RS485 Modbus RTU для совместимого и масштабируемого непрерывного измерения уровня в резервуарах, технологических сосудах и силосах для твёрдых материалов.