Микроволновые радарные уровнемеры

Радарные уровнемеры микроволнового принципа действия

Преобразователи уровня микроволнового принципа действия – относятся к наиболее сложным и высокотехнологичным приборам, используемым для измерения уровня. Для работы уровнемера используется электромагнитное излучение СВЧ диапазона, которое распространяется либо по направляющей - зонду, либо по бесконтактному способу - по воздуху. Сейчас наибольшее распространение получили микроволновые уровнемеры двух типов: это импульсные уровнемеры и уровнемеры с модулированной частотой электромагнитного сигнала FMCW (frequency modulated continuous wave).

Предлагаемые нашей компанией уровнемеры делятся на контактные рефлексные микроволновые уровнемеры серии MicroTREK и бесконтактные микроволновые радарные уровнемеры серии PiloTREK.

В микроволновых уровнемерах, работающих по типу FMCW, излучение линейно частотного модулированного сигнала происходит одновременно с приемом отраженного от поверхности измеряемого продукта сигнала. Отражение и прием сигнала осуществляется на одной и той-же антенне. Как результат электроника уровнемера обрабатывает смесь полученных сигналов и на основе специально разработанного программного обеспечения для математического анализа полученных сигналов и выделение требуемого сигнала получается очень высокая надежность и точность измеренных значений уровня. Необходимо учитывать что для каждой отрезка времени имеющаяся разность, между частотами прямого - излучаемого сигнала и обратного - отраженного сигнала, всегда прямо пропорциональны расстоянию от уровнемера до поверхности измеряемого продукта.

В импульсных микроволновых уровнемерах излучение сигнала происходит в импульсном режиме. Под этим понимается что прием отраженного от поверхности сигнала происходит в промежутке между импульсами излучаемого уровнемером сигнала. Электроника уровнемера позволяет с высокой точностью производить вычисления времени прохождения прямого и обратного сигнала и определять расстояние от уровнемера до поверхности измеряемого уровнемером продукта.

Как правило частота работы радарных уровнемеров бывает от 5,8 до 26 ГГц и не зависит от типа используемого уровнемера. От частоты излучения зависит угол расхождения луча, энергия излучения и отражение. При выборе более высокой частоты эти параметры выше (угол расхождения луча ниже, энергия излучения и отражение выше), чем у более низких частот.

Из-за этого свойства уровнемеры с высокой частотой позволяют непрерывно измерять уровень продукта с низкой диэлектрической проницаемостью и как следствие с более слабой способностью к отражению. Применение данных уровнемеров более предпочтительно для емкостей с наличием в них различного оборудования, которое сокращает имеющуюся свободную зону для надежной работы радарного уровнемера. Но вместе с тем необходимо учитывать что радарные уровнемеры с более высокой частотой так же более чувствительны к наличию в емкости препятствий в виде повышенной запыленности, испарения с поверхности продукта измерения, волнения на поверхности продукта, возможность налипания измеряемой среды на антенну и зонд, так как высокочастотный уровнемер из-за узкого луча более склонен к рассеиванию своего импульса. Поэтому в данных условиях более надежно применять уровнемеры с частотой сигнала от 5,8 до 10 ГГц.

Еще более важной характеристикой, которая влияет на формирование излучаемого сигнала - это тип, размер и форма антенны уровнемера. В настоящее время различают следующие типы применяемых антенн в зависимости от задачи: рупорного типа (называемая также конического типа), стержневого типа, трубчатого типа, параболического типа, планарного типа. необходимо учитывать также что чем больше размер антенны, тем сильный и более уже направленный сигнал излучает уровнемер и более лучше прием отраженного от поверхности прибора сигнала.

Более универсальный и широко распространенный типа используемых антенн - это рупорные. Их применение обуславливается возможностью работы в больших емкостях и осуществление измерения уровня продукта имеющего различную диэлектрическую проницаемость большого диапазона значений и возможность измерения в сложных условиях, обеспечивая при этом высокий диапазон измерения составляющей до 35..40 м (в спокойных условиях измерения уровня и поверхности с продуктом).

Применение стержневого типа антенны позволяет использовать уровнемер небольших емкостях с находящимися в них химически агрессивных продуктов или гигигиенических продуктов. Так же использование уровнемера возможно, когда есть ограничения на установку уровнемера малыми размерами входного патрубка. Обычно диапазон измерения уровня ограничен 20 метрами. Поверхность антенны стержневого типа почти всегда покрывается слоем защищающей ее изоляцией.

Антенна трубчатой формы является антенной с надстроенным на нее удлиненным волноводом. Поэтому она позволяет сформировать более сильный сигнал за счет снижения рассеивания. Антенну такого типа используют обычно в особо сложных случаях по измерению уровня, когда в емкости с продуктом присутствует сильное волнение на поверхности среды и более большой слой густой пены или продукта с низкой диэлектрической проницаемостью. Трубчатая антенна имеет небольшой диапазон измерения уровня продукта и зависит от многих факторов.

Антенны планарного и параболического типа позволяют обеспечить особо высокую точность уровнемера составляющую (до ±0,5 мм) и позволяют применять их в системах по коммерческому учету.

Уровнемеры радарного принципа действия - являются наиболее универсальными средствами по измерению уровня продукта. Так как у бесконтактной версии прибора отсутствует непосредственный контакт со средой измерения они могут применяться для измерения уровня высоко агрессивных, вязких сред, жидкостей с неоднородным составом а также сильно пылящих сыпучих материалов. В отличии от бесконтактного уровнемера ультразвукового принципа действия радарные уровнемеры меньше чувствительны к высоким температурам и избыточному давлению или давлению разряжения в емкости с продуктом. Циклическим их перепадам, а также большей устойчивости к таким факторам как запыленность, наличие испарения с поверхности контролируемого уровня, пено образованию на ее поверхности. Высокая точность радарных уровнемеров (до ±0,5 мм) позволяет использовать их на производстве в составе систем по коммерческому учету. Но к сдерживающему фактору по широкому распространению уровнемеров является их высокая стоимость.

Ознакомиться с примером использования рефлексного микроволнового уровнемера MicroTREK для измерения уровня жидких сред можно на анимированной картинке ниже:

Ознакомиться с примером использования рефлексного микроволнового уровнемера MicroTREK для измерения уровня сыпучих сред можно на анимированной картинке ниже: