Измерване на нивото с радар е микровълнова техника на времето на полета, която определя нивото на течност, шлам или твърдо вещество, като измерва колко време отнема електромагнитен импулс или честотна развертка да премине от антена или сонда до повърхността и обратно.
За разлика от ултразвуковите уреди, радарът не зависи от разпространението на звука през парната фаза, така че в голяма степен не се влияе от състава на газа, налягането и температурата.
В индустриалната употреба доминират две семейства: безконтактен радар, който изпраща микровълни през отворен въздух, и радар с водеща вълна (GWR), който изпраща импулс по сонда, потопена в процеса.
Безконтактните радарни предаватели се монтират върху горната част на съд и излъчват микровълнова енергия, обикновено в обхватите 6 GHz, 26 GHz или 80 GHz, чрез фуния, прът или плоска антена. Импулсен радар изпраща къси микровълнови вълни и измерва директно времето за обратно пътуване.
FMCW (честотно-модулирана непрекъсната вълна) предава променлива честотна развертка и извежда разстоянието от разликата между предадения и отразения сигнал, което дава фина разделителна способност на къси разстояния. По-високите честоти, особено 80 GHz, произвеждат по-тесен лъч за даден размер на антената, намалявайки фалшивите ехо сигнали и позволявайки по-малки присъединявания.
GWR изпраща нискоенергиен микровълнов импулс по твърда или гъвкава сонда, като прът, коаксиална тръба или двужилен кабел, която се простира в съда и, при течни среди, често е потопена до дъното.
Тъй като импулсът пътува по сондата вместо да се излъчва свободно, загубата на енергия с разстоянието е много по-малка отколкото при радар във свободно пространство, затова методът понякога се нарича времево-домейнова рефлектометрия (TDR). Сигналът се отразява силно при всяко диелектрично прекъсване, така че една сонда може да отчита две нива едновременно, например интерфейс масло-вода.
GWR дава добри резултати в тесни дюзи, където разсейването на лъча би затруднило безконтактно устройство.
Силата на радарния сигнал се определя предимно от диелектричната константа (относителната диелектрична проницаемост, DK) на средата. Водата (DK около 80) отразява силно; въглеводородите и разтворителите имат ниска DK, често приблизително 1.9 до 4, и дават по-слаби ехо сигнали.
Безконтактният радар обикновено изисква минимална DK от порядъка на 1.4 до 1.9, а приборите на 80 GHz могат да разширят употребимия диапазон по-ниско. GWR се справя по-добре с ниско-DK среди, тъй като воденият импулс концентрира енергията по сондата, като коаксиалните сонди са използваеми при DK стойности близо до 1.4.
Твърдите вещества и праховете имат променливо диелектрично поведение, затова данни от производителя или изпитване на място са стандартна практика. Ултразвукът измерва времето на полета на звука през парната фаза и не може да функционира във вакуум; радарът понася вакуум и прашни атмосфери, тъй като микровълните не се нуждаят от среда за разпространение.
В сравнение с устройства с потопяем плунжер или поплавък, радарът и GWR нямат мокри движещи се части и реагират на диелектричната константа, а не на фиксирано относително тегло.
| Параметър | Безконтактен радар (FMCW/импулсен) | Радар с водеща вълна (TDR) |
|---|---|---|
| Типична честота | 6 GHz, 26 GHz, 80 GHz | Импулс в базов честотен диапазон, няма свободно-пространствена честота |
| Контакт с процеса | Няма | Сондата е в контакт с процесната течност |
| Минимална практическа диелектрична константа | Приблизително 1.4 до 1.9 (по-ниска при 80 GHz) | Приблизително 1.4 до 1.6 (коаксиални сонди) |
| Откриване на интерфейс (две нива) | Ограничено, изисква специална обработка | Подходящо и често срещано приложение |
| Подходящост за тесни дюзи / стоящи тръби | Изисква свободен път за лъча | Отлично, енергията е насочена по сондата |
| Толерантност към турбуленция и пяна | Умерена, зависи от лъча | Добра, енергията остава близо до сондата |
| Типична точност (зависи от производителя) | Милиметрова точност при добра отражаемост | Милиметрова точност при добра отражаемост |
| Общ референтен стандарт | IEC 61508 (SIL), ATEX/IECEx за опасни райони | IEC 61508 (SIL), ATEX/IECEx за опасни райони |
Лека, суха пяна често е до голяма степен прозрачна за микровълните, така че радарът може да измерва през нея. Мокра, плътна или проводима пяна отслабва или отразява сигнала на своята горна повърхност, причинявайки погрешно високо отчитане; GWR обикновено се справя по-добре от безконтактния радар при тежка пяна, защото воденият импулс остава близо до сондата.
Турбулентни повърхности и пръски при пълнене могат да разпръснат отражението и изискват филтри като проследяване на ехото. Препятствия като стълби, намотки и дюзи в пътя на безконтактния лъч генерират фалшиви eхо сигнали, които трябва да бъдат картографирани при пускане в експлоатация; GWR до голяма степен избягва това, тъй като сондата определя пътя на измерване.
Натрупвания по антената или сондата също могат да влошат работата и трябва да се проверяват по време на рутинни инспекции.
Повечето индустриални радарни предаватели за ниво издават аналогов сигнал 4-20 mA с наслагван HART протокол, така че един усукан чифт проводници пренася непрекъснатото отчитане на нивото (или обема, чрез таблица за превръщане) плюс диагностични данни като амплитуда на сигнала и състояние на сондата.
HART позволява на екипите за поддръжка да проследяват качеството на сигнала и да хванат влошаващо се ехо или натрупване преди то да предизвика погрешно отчитане. Регистрирането на тези диагностични данни и историята на калибровките в CMMS, като Fabrico, превръща здравето на предавателя в планирана, проверяема задача, вместо реактивно повикване след активиране на аларма.
За повече за интерпретиране на сигнали от контура вижте Основи на токовия контур 4-20 mA и Основи на HART протокола . Когато уреди за ниво и дебит споделят един процес, прегледът на видове индустриални дебитомери дава полезен контекст.
За да организирате проследяването на инспекции и калибровки на ниво растение, резервирайте демонстрация на Fabrico .
Безконтактният радар може да измерва през някои неметални капаци на резервоари, ако материалът и дебелината са подходящи за предаване на микровълни, но това трябва да се провери с данните на производителя, тъй като диелектричните загуби в стената отслабват сигнала.
Безконтактният радар в турбулентни или тесни съдове понякога използва успокояваща тръба за стабилизиране на повърхността; радарът с водеща вълна в голяма степен премахва тази необходимост, защото самата сонда осигурява насочен път с ниска турбулентност.
Радарът работи надеждно при вакуум, тъй като разпространението на микровълните не зависи от газова среда както ултразвуковите вълни, което го прави честа алтернатива на ултразвука в вакуумни колони.
Чести причини включват плътна или проводима пяна, силна турбуленция, среда с много ниска диелектрична константа близо до чувствителностния лимит на технологията или натрупвания по антената или сондата; HART диагностиката, като проследяване на амплитудата на ехото, помага да се засече влошаване на сигнала преди да настъпи пълна загуба.
Вход
Блог
