Радарные уровнемеры
Радарные уровнемеры — наиболее сложные и высокотехнологичные средства измерения уровня. Ниболее универсальные средства измерения уровня. Не имея непосредственного контакта с контролируемой средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднородных жидких и сыпучих материалов.
Для зондирования рабочей зоны и определения расстояния до объекта контроля здесь используется электромагнитное излучение СВЧ-диапазона. Обычно рабочая частота радарных уровнемеров независимо от типа варьирует от 5,8 до 26 ГГц. Чем выше частота, тем уже луч и тем выше энергия излучения, а, следовательно, сильнее отражение.
В настоящее время в радарных системах контроля уровня применяются преимущественно две технологии:
Непрерывным частотно-модулированным излучением (FMCW — frequency modulated continuous wave)
Импульсным излучением сигнала.
П
ринцип
действия уровнемера с частотно-модулированным
сигналом заключается в следующем:
Микроволновый генератор датчика уровня
формирует радиосигнал, частота которого
изменяется во времени по линейному
закону — линейный частотно- модулированный
сигнал.
а — схема;
б — внешний вид;
в — временная диаграмма работы
Этот сигнал излучается в направлении продукта, отражается от него, и часть сигнала через определенное время ∆t, зависящее от скорости света и расстояния до продукта, возвращается обратно в антенну. Излученный и отраженный сигналы смешиваются в антенне уровнемера, и в результате образуется сигнал, частота которого равна разности частот излученного и принятого сигналов и, соответственно, расстоянию от антенны до измеряемого продукта. Дальнейшая обработка сигнала осуществляется микропроцессорной системой датчика уровня уровнемера и заключается в точном определении разностной частоты сигнала и пересчете ее значения в значение уровня наполнения резервуара.
В радарных уровнемерах импульсного типа используется метод определения расстояния, основанный на непосредственном измерении времени прохождения СВЧ-импульса от излучателя до контролируемой поверхности и обратно.
Радарные уровнемеры импульсного типа обладают рядом преимуществ перед устройствами, использующими технологию FMCW:
Принимаемые эхо-сигналы вне зависимости от природы их источника разнесены во времени, что обеспечивает их более простое разделение.
Среднее энергопотребление импульсных уровнемеров составляет единицы мкВт (пиковая мощность при излучении СВЧ-импульса составляет около 1 мВт), что позволяет использовать для их подключения двухпроводную схему с питанием от измерительной цепи со стандартным токовым сигналом 4 ... 20 в приборах, работающих по технологии FMCW, энергопотребление существенно выше из-за непрерывного характера излучения, а также постоянно выполняемой математической обработки эхо-сигнала.
В импульсных уровнемерах электроника для выполнения первичной обработки сигнала проще, а сама обработка выполняется исключительно аппаратными средствами; в результате благодаря меньшему числу комплектующих надежность прибора получается потенциально выше.
От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их выгодно отличает гораздо меньшая чувствительность к температуре и давлению в рабочей емкости, к их изменениям, а также большая устойчивость к таким явлениям, как запыленность, испарения с контролируемой поверхности, пенообразование.
Радарные уровнемеры обеспечивают высокую точность (до 1 мм), что позволяет использовать их в системах коммерческого учета. Вместе с тем существенным сдерживающим фактором применения радарных уровнемеров остается высокая стоимость данных приборов.
Диапазон измерения радарных уровнемеров достигает 40 м при спокойной поверхности контролируемой жидкости. Абсолютная погрешность измерения уровня может составлять ± 1 мм в диапазоне до30м.