Radar z falą prowadzoną wspomaga wykrywanie poziomów substancji stałych, cieczy…

Technologia radaru z falą prowadzoną oferuje obecnie zupełnie nowe możliwości pomiaru poziomu substancji stałych, cieczy i substancji pośrednich. Przetworniki radarowe z falą prowadzoną zapewniają dokładne pomiary poziomu substancji, które niegdyś nastręczały ogromnych trudności – takich jak ciekła siarka, ciekły amoniak i substancje petrochemiczne. Dokładność pomiaru jest zachowana nawet w środowiskach uciążliwych chemicznie, przy bardzo niestabilnych roboczych temperaturach i ciśnieniach, a także w przypadku substancji o niskich stałych dielektrycznych.

 Dzięki dokonanemu ostatnio postępowi łatwiej również skonfigurować do zastosowań procesowych zespoły radaru z falą prowadzoną. Przetworniki radarowe można integrować z większością cyfrowych protokołów komunikacyjnych. Nie mają żadnych części ruchomych, dlatego technika ta stała się dominującym standardem w pomiarach poziomów i usunęła w cień metody mechaniczne, które nie sprawdzały się w środowiskach zanieczyszczonych.

Radar wykrywa poziom niemechanicznie, poprzez pomiar czasu trwania transmitowanego sygnału, jego analizę i wskazanie poziomu jako zmierzonej odległości. Proces ten – reflektometria w domenie czasu (TDR) – polega na wysyłaniu mikrofalowego impulsu radarowego do zbiornika oraz dokładnym pomiarze okresu między sygnałami nadawanymi a odbitymi. Kontakt z badanym produktem jest sygnalizowany zmianą impedancji.

 

Fala prowadzona a emisja swobodna

Przyrządy ze swobodną emisją są również popularne w pomiarach poziomu, na ich odczyt wpływa jednak wiele parametrów dodatkowych. Wśród nich należy wymienić współczynniki odbicia wewnętrznych ścian zbiornika i wewnętrznych przeszkód w zbiorniku, takich jak orurowanie, króćce, drabiny itp. W efekcie do uzyskania dokładnych odczytów często konieczne jest zastosowanie przenośnych komputerów umożliwiających odpowiednie skonfigurowanie przyrządów z emisją swobodną.

Ponadto bezstykowe zespoły radarowe są czułe na zmiany stanu procesu, np. gromadzenie się produktu i skraplanie. Oddziałuje na nie również stan zbiornika i fazy oparów, które mogą wpływać na prędkość dźwięku. Jeżeli nie zostaną one odpowiednio nastawione na odbiorniku, mogą występować wahania i niedokładności odczytów. Natomiast technologia leżąca u podstaw działania radaru z falą prowadzoną pozwala uniknąć fałszywych odbić.

Największą trudnością dla większości przetworników radarowych pozostaje jednak dokładny odczyt w przypadku produktów o małej stałej dielektrycznej, w których może być trudno uzyskać odbity sygnał. Dzieje się tak, ponieważ fale radarowe częściowo przenikają przez materiały nieprzewodzące, takie jak ciekły propan lub butan.

Zarówno w radarze z falą prowadzoną, jak i z emisją swobodną kabel współosiowy przenoszący sygnał od przetwornika do przyłącza procesowego ma standardową impedancję 50 omów. Byłoby idealnie, gdyby dało się utrzymać tę samą impedancję na całej drodze wiązki radarowej, bo wówczas cały sygnał odbijałby się od produktu. W rzeczywistości jednak na drodze kabel współosiowy – powietrze mają miejsce duże zmiany impedancji, powodujące znaczne straty sygnału.

W przypadku radaru z falą kierowaną można uniknąć problemów związanych z pomiarem materiałów o małej stałej dielektrycznej dzięki stosowaniu sondy chronionej rurką ze stali nierdzewnej. Nadaje ona zespołowi strukturę współosiową i działa jako antena pionowa, wspomagająca ukierunkowanie energii. Utrzymuje stałą impedancję w całym falowodzie. Taki czujnik współosiowy może więc wykrywać bardziej subtelne zmiany dielektryczne i dokładniej wskazywać poziomy.

 

Pomiary dużych odległości

To nie wszystkie zalety przetworników radarowych. Mogą one obecnie mierzyć poziomy w bardzo wysokich silosach i zbiornikach (ponad 60 m wysokości). Uzyskanie odczytów o wysokiej rozdzielczości przy tak dużych odległościach jest wyjątkowo trudne, ale niektóre radary z falą prowadzoną i przetworniki o emisji swobodnej są wyposażone w specjalne układy zawierające generatory zmiany jednostajnej o bardzo wysokiej stabilności. Generują one sygnał, który powiela falę odbitą, jednak znacznie wolniej. Tylko bardzo stabilne i dokładne układy elektroniczne pozwalają uzyskać rozdzielczość rzędu dziesięciotysięcznej części cala w całym zakresie pomiaru – a taka rozdzielczość wystarcza w większości zastosowań. Radar z falą prowadzoną zachowuje jednak wyraźną przewagę nad przyrządami z emisją swobodną, ponieważ energia jego mikrofal jest skupiona i przemieszcza się po falowodzie. Dzięki temu urządzenie lepiej nadaje siędo pomiaru dużych odległości, szczególnie w przypadku substancji o małej stałej dielektrycznej.