Каковы особенности и преимущества радарных уровнемеров FMCW? Руководство по монтажу, электропроводке и выбору модели

I. Что такое радиолокационный уровеньметр FMCW?

Радарный прибор для измерения уровня с непрерывной волной и частотной модуляцией обычно называют радарным прибором для измерения уровня типа FMCW.

Его основной принцип работы заключается в непрерывном изменении частоты передачи радиосигнала в определенном частотном диапазоне и приеме сигнала, отраженного от поверхности измеряемой среды. Устройство анализирует разность частот между переданным сигналом и эхо-сигналом для расчета расстояния от радара до поверхности среды, после чего преобразует это расстояние в уровень жидкости или уровень материала.

Некоторые радарные приборы FMCW с частотой 24 ГГц используют линейный диапазон сканирования примерно 1 ГГц и выполняют периодическое сканирование по антенне. Работающие частоты и диапазоны сканирования различаются в зависимости от модели устройства; реальные параметры следует определять по спецификации продукта.

II. Каковы особенности измерительных приборов уровня на основе радара FMCW?

1. Постоянное измерение с непрерывным частотным сканированием

Радар типа FMCW определяет расстояние с помощью непрерывного линейного частотного сканирования.

В отличие от систем, основанных исключительно на сигнале с фиксированной частотой, радар с непрерывным сигналом, модулированным по частоте, определяет положение цели на основе разницы частот между переданным сигналом и возвращающимся эхом; это делает его подходящим для непрерывного мониторинга уровня жидкости или материала.

2. Устройства для измерения уровня на радарном принципе

FMCW подходят для измерения уровня различных твердых материалов и промышленных сырьевых ресурсов; в частности:

• — уголь;

• — цемент;

• — зерно.

• Алюминия оксид;

• Воднородный известняк;

• Химическая сырьё;

В таких отраслях, как производство цемента, химическая промышленность, охрана окружающей среды, генерация электроэнергии и переработка пищевых продуктов, радиолокационные измерения могут применяться для непрерывного мониторинга уровня в силионах и резервуарах хранения.

3. Неконтактное измерение

радар в свободном пространстве измеряет расстояние до поверхности материала с использованием электромагнитных волн и, как правило, не требует, чтобы измерительные компоненты находились в прямом контакте с средой.

для порошков, гранулированных материалов и определенных коррозионных сред это позволяет снизить риск износа и проблем с обслуживанием, вызванных прямым контактом механических измерительных компонентов с средой.

III. Основные преимущества радарных приборов для измерения уровня FMCW,

сфера применения радарных приборов для измерения уровня FMCW зависит от рабочой частоты радара, типа антенны, возможностей обработки сигнала и фактических рабочих условий,

при соответствующих рабочих условиях основные особенности включают:

• — непрерывное бесконтактное измерение;

• — подходит для измерения уровня жидкостей или твердых материалов;

• Подходит для измерения уровня на относительно больших расстояниях;

• — различные антенны можно настроить в соответствии с условиями эксплуатации;

• — может использоваться в промышленных условиях, характеризующихся присутствием пыли, пара или сложных сред;

• — подходит для резервуаров хранения, силиков и технологических сорезервуаров;

— фактические характеристики следует оценивать с учетом конкретной модели, типа среды и условий монтажа;

IV. Какие типы антенн доступны для радарных уровнемеров?

Радиомеры модели могут быть оснащены различными типами антенн в зависимости от условий применения:

• — рупорные антенны;

• — параболические антенны;

• — массивные антенны;

• — стержневые антенны;

• — антенны в форме опускания;

• — плоские антенны;

• — антенны с гигиеническим исполнением;

— различные антенны отличаются углом луча, габаритами установки, коррозионной стойкостью, адаптивностью к накоплению материалов и способами подключения к технологическим системам.

Таким образом, выбор антенны должен соответствовать условиям среды и эксплуатации на объекте, а не определяться исключительно по диапазону измерений.

V. Как выбрать модель радарного уровнемера?

При выборе модели радарного уровнемера необходимо тщательно оценить реальные условия измерений.

Следует убедиться в соблюдении следующих эксплуатационных условий:

• наличие коррозионных летких газов над средой;

• Существуют ли большие количества водяного пара;

• Существуют ли большие количества пыли;

• Подвержен ли среда кристаллизации;

• Существует ли большое количество пены на поверхности жидкости;

• Наблюдаются ли значительные колебания уровня жидкости;

• Является ли измеряемый материал порошковым или гранулированным;

• Является ли жидкость высококоррозионной;

• Имеет ли среда высокую вязкость.

Кроме того, следует уточнить следующие параметры:

• Максимальное расстояние измерения;

• Температура процесса;

• Давление процесса;

• Подключение к установке;

• Тип антенны;

Диапазон измерений — это лишь один из параметров при выборе радара и не должен использоваться в качестве единственной основы для выбора модели;

VI. На что следует обратить внимание при установке радарного уровня с гибридной волной?

Радар с гибким сигналом использует пробную штангу или стальной кабель для направления радарного сигнала; поэтому, помимо электрической установки, необходимо учитывать и механическое положение элемента с гибким сигналом.

1. Отключите питание перед заменой прибора

Перед демонтажем оригинального уровня или выполнением работ по подключению кабелей отключите питание прибора и организуйте подключение сигналов в соответствии с местными правилами электробезопасности.

Восстановление питания — только после завершения и проверки процесса установки и подключения кабелей.

2. Избегайте входов и зон с сильными помехами.

Радар с гибкими волнами не следует устанавливать непосредственно у водозаборных отверстий, входных точек подачи или в местах, где поверхность жидкости сильно колеблется.

Приходящая жидкость или материал может повредить зонд или стальной кабель, что приведет к колебаниям показаний измерения.

При монтаже необходимо предотвратить прямой контакт элемента с гибких волн с следующими конструкциями:

• стенами бассейна;

• Стены резервуара; опоры

• трубы

• прочие металлические конструкции

3. Обеспечивать достаточный зазор вокруг зондирующего стержня или стального кабеля.

Если стальной кабель с гибридной волной касается металлической стенки, могут возникнуть дополнительные отражения, а со временем может развиться механическое износ.

Следует правильно размещать элемент с гибридной волной при монтаже, соблюдая необходимый зазор в соответствии с фактической конструкцией резервуара.

Конкретное расстояние монтажа должно определяться по руководству по эксплуатации прибора и фактической конфигурации объекта.

VII. Как правильно выполнять водонепроницаемую обработку кабелей для наружного радара с гибкой волнообразной системой обнаружения?

В наружных или влажных условиях точка входа кабеля является одной из областей, требующих особой защиты.

При монтаже кабелей следует учитывать следующие моменты:

• Стабильно затяните гнездо кабеля;

• Правильно герметизируйте соединения кабельных каналов;

• Обеспечьте водонепроницаемую целостность корпуса прибора;

• Правильно проложите земляные экранированные кабели;

• перед входом кабеля в прибор установите «дрип-луп» (петлю для отвода воды).

«Дрип-луп» — это возможность создать в кабеле нисходящий изгиб перед его въездом в прибор.

это позволяет воде или конденсату стекать с самой низкой точки, снижая риск проникновения воды по кабелю в корпус прибора.

VIII. На что следует обратить внимание при испытании изоляции сигнальных кабелей?

В некоторых промышленных проектах по монтажу оборудования требуется провести испытание изоляции сигнальных кабелей после их установки.

Например, некоторые проектные спецификации могут требовать:

• 500 VDC испытательного напряжения; Продолжительность испытания

• 60 с;

• Сопротивление изоляции ≥ 20 МОм.

— это специфические требования к приемке проекта и не являются универсальными параметрами для всех проектов радарных уровнемеров.

— перед проведением испытания на изоляцию убедитесь, что электроника прибора отключена от электрической цепи. Испытание следует проводить в соответствии с руководством по эксплуатации прибора и электрическими техническими требованиями проекта, чтобы предотвратить повреждение электронной аппаратуры приложенным напряжением.

IX. Как правильно подключить радарный уровеньметр к электрической сети?

— радарные приборы для измерения уровня могут использовать различные конфигурации источника питания и выхода сигнала;

— перед подключением всегда проверьте:

• — наименование прибора на его номинальной табличке;

• — номинальное напряжение питания;

• Питание переменного или постоянного тока; определения выводов

• полярность сигнала

• вывод заземления

• не рекомендуется проводить подключение по исключительно опыту работы с другими моделями приборов

некоторые документы по монтажу радарных уровнеметров рекомендуют использовать экранированный кабель с двойной спиральной парой проводов с площадью поперечного сечения проводника примерно от 0,5 мм² до 2 мм²

Фактическую спецификацию кабеля необходимо определить в соответствии с:

• Источник питания прибора;

• Тип сигнала;

• Дистанция передачи сигнала по кабелю;

• Электрические стандарты на объекте;

X. Типичная процедура подключения кабелей радарного уровнемера

На объекте подключение кабелей обычно включает следующие этапы:

1. Отключите питание;

2. Проверьте на номинальной табличке прибора и в технических характеристиках питания;

3. Откройте разъемный блок прибора;

4. Проденьте кабель в прибор через кабельную гнездовую коробку;

5. Подключите питание и сигналные провода в соответствии с маркировкой разъемов;

6. выполните экранирование и заземление в соответствии с электрическими техническими требованиями;

7. повторно проверьте проводку и полярность;

8. затяните гайку кабеля;

9. проверьте герметичность корпуса;

10. Восстановите питание после подтверждения корректности всех параметров.

Спецификация длины обрезки проводов, технические характеристики инструмента и процедуры эксплуатации разъемов должны применяться в соответствии с руководством по соответствующей модели.

XI. Почему радиолокационные уровнемеры требуют экранирования и заземления?

Промышленные объекты могут содержать двигатели, приводы с переменной частотой, насосы, высокопотребляющие кабели и другое электрическое оборудование, способное вызывать электромагнитные помехи.

Правильное использование экранированных кабелей и заземления может способствовать повышению стабильности передачи сигнала.

Следует определить, следует ли применять одноточечное заземление экрана кабеля или иной метод заземления, в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора и требованиями электрического проекта.

Неправильное многоузловое заземление может привести к образованию замкнутых контуров заземления; поэтому универсальный метод одноточечного заземления не рекомендуется применять во всех случаях установки.

XII. Какова цель стандартов, касающихся радарных уровнемеров?

Стандарты, касающиеся радарных уровнемеров, в основном используются для регулирования проектирования продукции, её производства, испытаний, монтажа и применения в промышленности.

Инженерные проекты должны быть ориентированы на требования, связанные с:

• Электрическая безопасность;

• Защита от взрывов;

• Охрана окружающей среды;

• Установка;

• Сигнальные интерфейсы;

• Технические спецификации проекта;

Целью стандартов является не просто добавление информации в описание изделия, а помощь в подтверждении соответствия прибора техническим и требованиям безопасности конкретного проекта;

XIII. Проверочная lista при выборе радарного уровнемера

Часто задаваемые вопросы (FAQ

Q1: Что такое радиолокационный уровнемер FMCW?

Радар постоянно изменяет передаваемую частоту и анализирует разницу частот между переданным и отраженным сигналами для расчета расстояния, которое затем преобразуется в уровень жидкости или материала.

Q2: Используют ли все радиолокационные уровнемеры FMCW частоту 24 ГГц?

Частота 24 ГГц — это лишь одна рабочая частота, используемая некоторыми моделями оборудования. Различные радиолокационные уровнемеры могут использовать разные рабочие частоты и ширину полосы обзора. Специфические параметры следует уточнять по соответствующей технической документации на продукт.

Q3: Почему стальной кабель радарного прибора для измерения уровня с использованием метода направляемых волн не должен контактировать с стенкой резервуара?

Контакт между стальным кабелем и металлическими конструкциями может вызывать дополнительные отражения, а длительное трение — приводить к механическому износу. Поэтому при монтаже следует соблюдать надлежащий зазор.

Q4: Нужен ли для радарного уровнемера кабель с площадью поперечного сечения 0,5–2 мм²?

Не обязательно. Данный диапазон указан для определенных моделей продукции. Фактическую спецификацию кабеля следует определить в соответствии с руководством по эксплуатации конкретного прибора, расстоянием передачи сигнала по кабелю и электрическими стандартами на объекте.

Q5: Достаточно ли одного подтверждения диапазона измерения при выборе радарного уровнеметра?

Нет. Также необходимо уточнить среду, температуру, давление, наличие пыли, пара, коррозии, кристаллизации, пены, вязкость, условия монтажа и другие эксплуатационные параметры.

Q6: Почему кабелю наружного радарного уровнемера должен быть установлен «дrip loop»?

«Drip loop» снижает риск проникновения дождевой воды или конденсата в входное отверстие кабеля прибора и способствует повышению водонепроницаемости наружных установок.

Заключение:

Радарные приборы для измерения уровня FMCW измеряют расстояние с использованием линейных радарных сигналов с частотным сканированием и могут применяться для мониторинга уровня угля, цемента, зерна, алюминии, известняка, химических сырья и других веществ.

В практическом применении точность измерения уровня с помощью радарного датчика зависит не только от диапазона измерений, но и тесно связана с такими факторами, как характеристики среды

наличие пыли, пара, коррозии, кристаллизации, пены, тип антенны и условия монтажа

При монтаже радара с гибкой волновой системой особое внимание следует уделить тому, чтобы штанга датчика или стальной кабель были правильно размещены и не касались окружающих металлических конструкций.

При электрической установке особое внимание следует уделить:

электропитанию, контактным точкам, экранированию, заземлению и уплотнению входов кабелей.

Конкретные размеры, технические характеристики кабелей, параметры испытаний и методы прокладки кабелей должны определяться на основании технической документации, инструкции по монтажу и электрических спецификаций проекта для соответствующего радарного уровнемера.