Выберите правильную частоту для радиолокационного уровнемера.

Технология радиолокационных уровнемеров постоянно совершенствовалась в течение последних 40 лет и в настоящее время является одной из наиболее широко используемых технологий. измерение промышленного уровня Радарные уровнемеры, как правило, делятся на два типа: радар с направленной волной (GWR), использующий контактный зонд или кабель, и бесконтактный радар, излучающий микроволны через антенну, не касаясь среды.

В последние годы в бесконтактных радиолокационных уровнемерах также произошли изменения в выборе микроволновой частоты. Эти устройства обычно выпускаются в трех диапазонах: низкочастотный (от 6 до 11 ГГц), среднечастотный (от 24 до 11 ГГц). 29 ГГц ), и высокой частоты ( 80 ГГц ), и радиолокационные уровнемеры в этих диапазонах уже используются для получения надежных и точных измерений в полевых условиях.

Чем шире ассортимент доступных устройств, тем лучше для конечных пользователей. Однако, самое важное при выборе — это соответствие частотного диапазона конкретному применению. Для каждого приложения существует свой оптимальный частотный диапазон, и не каждый частотный диапазон подходит для каждого приложения. Поэтому пользователям следует тщательно взвесить сильные и слабые стороны каждой частоты, а также условия эксплуатации, которые могут повлиять на производительность, прежде чем сделать выбор.

Как частотные диапазоны влияют на точность измерений

Радарный прибор измеряет расстояние между собой и поверхностью, используя излучаемые им микроволны. Он делает это, вычисляя время, необходимое импульсу для достижения измеряемой поверхности и отражения обратно к прибору.

Частота определяет длину волны: чем выше частота, тем короче длина волны.

Поглощение и ослабление сигнала

Частота — это наиболее основное свойство любого радарного датчика уровня, и она влияет на точность измерения несколькими способами. Например, высокочастотные микроволны, проходящие через среду, поглощаются сильнее, что ослабляет возвращающийся сигнал.

Это немного похоже на прослушивание музыки через стену. Низкочастотный бас проходит, потому что он может пробить стену, в то время как высокочастотный бас в основном не может.

Аналогичным образом, пена, пыль, пар и конденсат, как правило, препятствуют измерению уровня, поскольку они мешают, в частности, высокочастотным радиолокационным сигналам, ослабляя отраженный сигнал и влияя на общую точность.

Мощность сигнала всегда уменьшается по мере его распространения через среду. Поэтому высокочастотные сигналы обычно испытывают большее затухание, чем средне- или низкочастотные.

Угол луча и размер антенны

Частота также оказывает существенное влияние на угол и ширину луча радиолокационной антенны. Высокочастотный сигнал позволяет получить узкий угол луча с помощью небольшой антенны, а узкие углы луча полезны, поскольку помогают обходить препятствия внутри резервуаров и емкостей.

Тем не менее, низкочастотный радар также может обеспечивать узкие углы луча, просто с большей антенной. Поэтому пользователям необходимо учитывать, сколько места фактически доступно в судне для установки.

У узких лучей тоже есть свои недостатки: любое препятствие в резервуаре может полностью перекрыть узкий луч, тогда как более широкий луч может быть перекрыт лишь частично и при этом давать достоверные показания.

Турбулентность и рассеяние сигнала

Турбулентность в технологической жидкости также может влиять на радиолокационные измерения. Волны и рябь на поверхности приводят к рассеиванию микроволн вместо их чистого отражения обратно к антенне, что может вызвать потери мощности сигнала до 90%, что негативно сказывается как на надежности, так и на точности. Короткие волны в высокочастотных передачах особенно чувствительны к этому.

Более современные высокочастотные радарные установки, часто работающие на частоте около 80 ГГц, используют гораздо меньшую длину волны и очень узкий угол луча. Этот узкий луч хорошо работает на небольших емкостях и мелкодисперсных порошках, где широкому лучу некуда деваться, чтобы избежать внутренних препятствий. Но он имеет те же недостатки, что и другие высокочастотные радары: пена, пар и турбулентность все еще ослабляют сигнал, поэтому 80 ГГц не является решением проблемы загрязненных или пенистых резервуаров, описанной ранее.

Турбулентность и рассеяние сигнала

На точность измерения уровня радаром может влиять турбулентность в обрабатываемой жидкости. Это происходит потому, что на поверхности жидкости микроволны сталкиваются с волнами и рябью. К сожалению, из-за турбулентности эти микроволны рассеиваются, а не отражаются обратно на антенну. Это может привести к потере мощности сигнала примерно на 90%, что повлияет на надежность и точность измерений. Следовательно, это также повлияет на короткие волны в высокочастотных передачах.

Более современные высокочастотные радарные установки, часто работающие на частоте около 80 ГГц, используют гораздо меньшую длину волны и очень узкий угол луча. Этот узкий луч хорошо работает на небольших емкостях и мелкодисперсных порошках, где широкому лучу некуда деваться, чтобы избежать внутренних препятствий. Он имеет те же недостатки, что и другие высокочастотные радары: пена, пар и турбулентность по-прежнему ослабляют сигнал, поэтому 80 ГГц не является решением проблемы загрязненных или пенистых резервуаров, описанной ранее.

Выбор оптимальной частоты для различных областей применения

В различных отраслях промышленности существует множество областей применения радарного измерения уровня, и каждая из них сопряжена со своими собственными проблемами. Именно поэтому пользователям важно определить, какой частотный диапазон действительно подходит для их ситуации. Вот несколько распространенных сценариев, которые стоит рассмотреть.

Антенны, загрязненные грязью и пылью.

Накопление грязи и загрязнений на антенне со временем может влиять на направление и силу радиолокационного сигнала. Сигналы средних и низких частот в значительной степени не подвержены этому влиянию, поскольку они обладают низкой чувствительностью к загрязнениям. С сигналами высоких частот ситуация иная: любая грязь, покрывающая антенну, поглощает значительную часть энергии сигнала и может также смещать направление луча. Даже небольшое, неравномерно распределенное скопление грязи может отклонить луч примерно на 1,5 градуса. Это особенно проблематично для радаров с узким лучом, поскольку антенна не будет должным образом принимать отраженный эхо-сигнал, и сила сигнала значительно снизится. Цементные силосы и заводы по переработке руды Места с особенно высоким уровнем пыли являются хорошими примерами того, где радары средних и низких частот, как правило, показывают лучшие результаты.

Резервуары с паром или конденсатом

Шум от капель воды может затруднить получение четкого отражения от поверхности продукта при наличии пара или конденсата. Это в основном влияет на высокочастотные сигналы, поэтому в данной ситуации лучше использовать средне- и низкочастотные технологии. Конструкция антенны также имеет значение. Антенны с плоскими горизонтальными поверхностями не подходят для сред, склонных к конденсации. Такие конструкции часто встречаются в резервуарах питательной воды паровых котлов или химических реакторах с подогреваемыми паровыми рубашками.

Применение в условиях турбулентности, ряби и волн

В больших резервуарах жидкость часто имеет рябь и волны на поверхности, и такая турбулентность представляет собой серьезное препятствие для высокочастотных измерений. Высокочастотные приборы имеют короткие длины волн, поэтому даже небольшое движение поверхности может рассеивать сигнал вместо того, чтобы чисто отражать его обратно, ослабляя отраженный сигнал. Приборы средней и низкой частоты справляются с этим лучше, поскольку они излучают более длинные волны. Крупные резервуары для хранения сырой нефти и аэрационные бассейны на очистных сооружениях, где поверхность постоянно перемешивается, являются типичными примерами, где радар средней и низкой частоты является более надежным выбором.

Пенистые аппликации

Точное измерение затрудняется, когда поверхность покрыта пеной, по тем же причинам, что и в случае с конденсатом и грязью: пена поглощает радиолокационный сигнал. В таких случаях хорошо работают низкочастотные приборы, дающие более надежные показания. Поскольку свойства пены сильно различаются, низкочастотные приборы лучше подходят для густой, плотной пены, такой как латекс, патока или пиво, в то время как среднечастотные могут работать с более легкой пеной. Высокочастотные приборы, напротив, совершенно не подходят для работы с пеной.

Резервуары для хранения наливных жидкостей

Измерение уровня в резервуарах для хранения больших объемов жидкости, таких как резервуары с плавающей крышей, иногда осуществляется через стоячие трубы. В таких случаях обычно предпочтительнее использовать низкочастотный радар, поскольку он менее чувствителен к отложениям на стенках труб и к трубам, которые не идеально прямые. Высокочастотный радар в такой конфигурации обычно испытывает трудности. Резервуары для хранения сырой нефти и нефтепродуктов на нефтехимических заводах являются классическим примером использования низкочастотного радара в сочетании со стоячими трубами.

Кроме того, ветер, деформация резервуаров, тень и солнечный свет могут вызывать некоторое движение крыши в резервуарах для хранения сыпучих материалов. Высокочастотный радар более чувствителен к такому наклону из-за узкого угла луча. Если ось антенны даже немного сместится относительно вертикального положения, она может полностью пропустить отраженный сигнал.

Измерение уровня твердых частиц

Выбор оптимальной частоты для измерения твердых частиц действительно зависит от области применения. Радары средней и низкой частоты подходят для измерения крупных твердых частиц, пыли и конденсата, в то время как радары высокой частоты хорошо работают с мелкодисперсными порошками. Зернохранилища Угольные бункеры с их крупными частицами и плотной пылью хорошо подходят для средних и низких частот, в то время как мелкие порошки, такие как мука или сухое молоко, как правило, измеряются точнее с помощью высокочастотного радара. Конденсация обычно является проблемой для высокочастотных радаров, и когда она соединяется с некоторыми твердыми частицами, она может ускорить образование отложений, которые забивают небольшие отверстия сопел и блокируют высокочастотные антенны, которые, как правило, и так имеют небольшие размеры.