Pomiar poziomu radarowego to technika mikrofalowa oparta na pomiarze czasu przelotu, która określa poziom cieczy, zawiesiny lub ciała stałego, mierząc, ile czasu zajmuje impuls elektromagnetyczny lub skan częstotliwości od anteny lub sondy do powierzchni i z powrotem.
W przeciwieństwie do urządzeń ultradźwiękowych, radar nie opiera się na propagacji dźwięku przez przestrzeń par, dlatego jest w dużej mierze obojętny na skład gazu, ciśnienie i temperaturę. W zastosowaniach przemysłowych dominują dwie rodziny: radar bezkontaktowy, który wysyła mikrofale przez powietrze, oraz radar przewodowy (GWR), który wysyła impuls wzdłuż sondy zanurzonej w procesie.
Nadajniki radaru bezkontaktowego montuje się na górze zbiornika i emitują energię mikrofalową, zwykle w pasmach 6 GHz, 26 GHz lub 80 GHz, przez rożek, pręt lub antenę płaską. Radar impulsowy wysyła krótkie impulsy mikrofalowe i mierzy czas przelotu w obie strony bezpośrednio.
FMCW (frequency-modulated continuous wave) , ciągła fala o modulowanej częstotliwości, nadaje skan częstotliwości i wyznacza odległość na podstawie różnicy między sygnałem nadawanym a odbitym, zapewniając dobrą rozdzielczość na krótkim zasięgu. Wyższe częstotliwości, w szczególności 80 GHz, tworzą węższą wiązkę dla danej wielkości anteny, zmniejszając fałszywe echy i umożliwiając mniejsze przyłącza.
GWR wysyła niskoenergetyczny impuls mikrofalowy wzdłuż sztywnej lub elastycznej sondy, takiej jak pręt, rura koncentryczna lub kabel dwuprzewodowy, która wchodzi do zbiornika i w przypadku cieczy często jest zanurzona do dna.
Ponieważ impuls przemieszcza się wzdłuż sondy zamiast promieniować swobodnie, straty energii z odległości są znacznie mniejsze niż w radarze przestrzennym, dlatego metoda ta bywa nazywana reflektometrią w dziedzinie czasu (TDR). Sygnał odbija się silnie na każdej nieciągłości dielektrycznej, więc pojedyncza sonda może jednocześnie wskazywać dwa poziomy, na przykład granicę olej, woda.
GWR sprawdza się dobrze w wąskich króćcach, gdzie rozbieżność wiązki sprawiałaby problemy radarowi bezkontaktowemu.
Siła sygnału radarowego zależy głównie od stałej dielektrycznej (względnej przenikalności, DK) medium. Woda (DK około 80) odbija silnie; węglowodory i rozpuszczalniki mają niskie DK, często w przybliżeniu 1,9, 4, i dają słabsze echo. Radar bezkontaktowy zwykle wymaga minimalnej DK w przybliżeniu 1,4, 1,9, a instrumenty 80 GHz mogą rozszerzać użyteczny zakres w kierunku niższych wartości.
GWR radzi sobie lepiej z mediami o niskim DK, ponieważ prowadzony impuls koncentruje energię wzdłuż sondy; sondy koncentryczne są użyteczne przy DK bliskim wartości ~1,4. Ciała stałe i proszki wykazują zmienne zachowanie dielektryczne, dlatego standardową praktyką są dane producenta lub próba na miejscu.
Ultradźwięki mierzą czas przelotu dźwięku przez przestrzeń par i nie działają w próżni; radar toleruje próżnię i zapylone atmosfery, ponieważ mikrofale nie potrzebują medium do propagacji. W porównaniu z przetwornikami wyporowymi lub pływakowymi, radar i GWR nie mają zwilżanych ruchomych części i reagują na stałą dielektryczną zamiast na stałą gęstość właściwą.
| Parametr | Radar bezkontaktowy (FMCW/impulsowy) | Radar przewodowy (TDR) |
|---|---|---|
| Typowa częstotliwość | 6 GHz, 26 GHz, 80 GHz | Impuls pasma podstawowego, brak częstotliwości w przestrzeni wolnej |
| Kontakt z procesem | Brak | Sonda zwilżana przez medium procesowe |
| Minimalna praktyczna stała dielektryczna | Około 1,4, 1,9 (niżej z 80 GHz) | Około 1,4, 1,6 (sondy koncentryczne) |
| Wykrywanie interfejsu (dwie warstwy) | Ograniczone, wymaga specjalnego przetwarzania | Dobrze nadaje się, częste zastosowanie |
| Przydatność do wąskich króćców / rurki stojącej | Wymaga swobody wiązki | Doskonałe, energia prowadzona |
| Odporność na turbulencje i pianę | Umiarkowana, zależna od wiązki | Dobra, energia koncentruje się przy sondzie |
| Typowa dokładność (zależna od dostawcy) | Rząd milimetrów przy dobrej refleksyjności | Rząd milimetrów przy dobrej refleksyjności |
| Typowy standard odniesienia | IEC 61508 (SIL), ATEX/IECEx dla stref zagrożonych | IEC 61508 (SIL), ATEX/IECEx dla stref zagrożonych |
Lekka, sucha piana jest często w dużej mierze przezroczysta dla mikrofal, więc radar może mierzyć przez nią. Mokra, gęsta lub przewodząca piana tłumi lub odbija sygnał na swojej górnej powierzchni, powodując fałszywy wysoki odczyt; GWR zwykle radzi sobie lepiej niż radar bezkontaktowy w przypadku intensywnej piany, ponieważ prowadzony impuls pozostaje blisko sondy.
Powierzchnie turbulentne i bryzg przy napełnianiu mogą rozpraszać odbicie i wymagają filtrów, takich jak śledzenie echa. Przeszkody takie jak drabiny, wężownice i króćce na torze wiązki bezkontaktowej generują fałszywe echy, które trzeba zmapować podczas uruchomienia; GWR w dużej mierze tego unika, ponieważ sonda definiuje tor pomiarowy.
Nawarstwienia na antenie lub sondzie również mogą pogorszyć działanie i powinny być kontrolowane podczas rutynowych inspekcji.
Większość przemysłowych nadajników poziomu radarowego daje analogowy sygnał 4, 20 mA z nałożonym protokołem HART, więc pojedyncza skręcona para przewodów przenosi ciągły odczyt poziomu (lub objętości, przy użyciu tabeli wymiarowej) oraz dane diagnostyczne, takie jak amplituda sygnału i stan sondy.
HART pozwala zespołom utrzymania trendować jakość sygnału i wychwycić pogarszające się echo lub narastanie osadu zanim spowoduje ono błędny odczyt. Rejestrowanie tych danych diagnostycznych i historii kalibracji w systemie CMMS, takim jak Fabrico, zamienia stan nadajnika poziomu w zadanie zaplanowane i audytowalne zamiast reaktywnego wyjazdu po alarmie.
Więcej o interpretacji sygnałów pętli znajdziesz w Podstawy pętli prądowej 4-20 mA oraz Podstawy protokołu HART . Gdy przyrządy poziomu i przepływu dzielą ten sam proces, przydatny kontekst daje przegląd rodzajów przemysłowych przepływomierzy . Aby zorganizować przegląd i trendowanie kalibracji na całym zakładzie, zarezerwuj demonstrację Fabrico .
Radar bezkontaktowy może mierzyć przez niektóre niemataliczne pokrywy zbiorników, jeśli materiał i grubość są odpowiednie do transmisji mikrofal, jednak należy to sprawdzić w danych producenta, ponieważ straty dielektryczne w ściance tłumią sygnał.
Radar bezkontaktowy w przypadku turbulentnych lub wąskich zbiorników czasami wykorzystuje studzienkę uspokajającą do stabilizacji powierzchni; radar przewodowy w dużej mierze eliminuje tę potrzebę, ponieważ sama sonda zapewnia prowadzoną, o niskiej turbulencji ścieżkę.
Radar działa niezawodnie w próżni, ponieważ propagacja mikrofal nie zależy od medium gazowego tak jak fale ultradźwiękowe, co czyni go częstą alternatywą dla ultradźwięków na kolumnach próżniowych.
Typowe przyczyny to ciężka lub przewodząca piana, silne turbulencje, bardzo niska stała dielektryczna medium bliska granicy czułości technologii lub nawarstwienie pokrywające antenę bądź sondę; diagnostyka HART, taka jak analiza trendu amplitudy echa, pomaga wychwycić pogarszający się sygnał zanim nastąpi całkowita utrata.
Zaloguj
Blog
