Urządzenia radiolokacyjne

Radarowa sonda poziomu

Radarowa sonda poziomu to bezkontaktowa metoda pomiaru poziomu w zbiornikach procesowych, zbiornikach magazynowych oraz otwartych lub zamkniętych silosach w przemyśle przetwórczym. Urządzenie pomiarowe wysyła sygnały mikrofalowe z góry do medium, które je odbija. Na podstawie sygnałów echa odbieranych przez urządzenie pomiarowe określana jest odległość do powierzchni produktu, a jeśli geometria zbiornika jest znana, można na tej podstawie obliczyć poziom. Za pomocą tej metody pomiarowej można mierzyć sproszkowane lub grudkowate ciała stałe, ciecze i warstwy rozdzielające w cieczach (na przykład grubość warstwy piany na cieczy). Zmierzone czasy przejścia można skalibrować do mierzonego materiału, tak aby nierówne powierzchnie ściekających materiałów nie miały wpływu na pomiar. Kalibracja ta uwzględnia również różne prędkości propagacji fal elektromagnetycznych w poszczególnych mediach.

Zalety tej metody pomiarowej to

• ekstremalna dokładność aż do zakresu milimetrowego;
• niezależność od temperatury i ciśnienia
• niezawodne działanie nawet w bardzo zapylonym środowisku (na przykład w silosie cementu lub mąki)
• zastosowanie nawet w agresywnych lub ściernych materiałach;
• a także całkowicie nieskomplikowana obsługa.

W różnych zakresach częstotliwości (6, 10, 24 i 76 GHz) stosowane są głównie metody radarowe z modulacją częstotliwości fali ciągłej. Jednak radar impulsowy jest również nadal używany, choć tylko z niską rozdzielczością ze względu na niezwykle krótki czas trwania impulsu, który w przeciwnym razie byłby konieczny. Również w tym przypadku, im wyższa częstotliwość nośna, tym mniejsze i bardziej efektywne anteny można skonstruować. Na przykład, radiator tubowy dla częstotliwości 25 GHz ma kąt apertury około 10°. Promiennik tubowy dla 76 GHz jest nie tylko znacznie mniejszy, ale ma kąt apertury wynoszący tylko około 3°. To zaostrzenie kierunku promieniowania zapobiega odbiciom od ściany zbiornika.[1] Systemy te zazwyczaj wymagają zatwierdzenia częstotliwości.[2]

Śledzenie wielu ech

Śledzenie wielu ech to procedura, która wygasza zakłócające echa z instalacji w zbiorniku (szyjki wlewu, jednostki chłodzące lub grzewcze, mieszadła).

Jeśli wynik pomiaru jest wyświetlany jako sygnał analogowy (jak pokazano na rys. 1) na wskaźnik typu „A”, można również wykryć te dodatkowe echa z instalacji w zbiorniku. Położenie tych instalacji wewnętrznych jest znane i może zostać zamaskowane przez oprogramowanie za pomocą obwodu bramki. Powoduje to problemy, jeśli poziom napełnienia znajduje się dokładnie na wysokości jednego z tych elementów wewnętrznych: wtedy poziom napełnienia często nie jest wyświetlany.

Jednak radar zawsze odbiera echo z dna zbiornika. Gdy zbiornik jest pełny, dno zbiornika wydaje się być dalej niż gdy zbiornik jest pusty. Wynika to z mniejszej prędkości rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w zawartości zbiornika. Pozorna odległość dna zbiornika zawiera zatem również poziom napełnienia jako wynik pomiaru.

Na podstawie obu wyników pomiarów (echa z powierzchni produktu i pozornej odległości dna zbiornika) można teraz dokładnie określić poziom, nawet jeśli pożądany sygnał echa nakłada się na echa z instalacji zbiornika. Odbicia od zakłócających instalacji, a także wielokrotne odbicia mogą być wygaszane za pomocą tej metody.

Radar z falą prowadzoną

Radar z falą prowadzoną to metoda pomiarowa, która jest bardziej zbliżona do reflektometrii w dziedzinie czasu niż do klasycznego radaru. W tym przypadku energia o wysokiej częstotliwości nie jest emitowana do wolnej przestrzeni wewnątrz pojemnika, ale jest prowadzona wzdłuż metalowego pręta (który sięga do dna pojemnika) jako falowód w tym pojemniku. W tym przypadku falowód w przybliżeniu przejmuje funkcję wewnętrznego przewodnika kabla koncentrycznego. Jeśli stała dielektryczna ε_r otoczenia tego falowodu zmienia się (na przykład od powierzchni materiału wypełniającego), wówczas zmienia się jego impedancja. Ta zmiana impedancji jest następnie przyczyną niedopasowania w tym punkcie, a tym samym przyczyną odbicia części przewodzonej energii o wysokiej częstotliwości. Ocena tych wyników pomiarów odbywa się w taki sam sposób, jak w przypadku radaru poziomu, dlatego niektórzy producenci upraszczają tę metodę pomiarową, nazywając ją „radarem“.

Ta metoda pomiarowa jest szczególnie odpowiednia dla zbiorników, których wewnętrzna ściana ma wiele niejednorodności mechanicznych, takich jak wężownice grzewcze, wloty lub nawet łopatki mieszadła. W przeciwnym razie mogłyby one również powodować odbicia fali elektromagnetycznej, a tym samym nakładać się lub zaciemniać wynik pomiaru.