Принцип работы радарного уровнемера
Технология, преимущества и IIoT
Углекислый газ в двух словах
- Измерение уровня может быть связано с серьёзными трудностями: неправильный выбор прибора или некорректная настройка способны привести к снижению эффективности процессов и дорогостоящим сбоям.
- Выбор подходящей технологии и её корректное внедрение обеспечивают стабильную работу процесса, которая остаётся «незаметной» в повседневной эксплуатации.
- Радарная технология обладает значительными преимуществами и со временем вытеснила альтернативные методы измерения уровня в большинстве применений.
- Её широкое распространение стало возможным благодаря снижению стоимости и способности обеспечивать высокую точность измерений.
- В этой статье рассматриваются принципы работы радарной технологии и то, как радарные приборы с поддержкой IIoT стали ключевой инновацией в мониторинге уровня для современных промышленных условий.
Как измерять уровень в резервуарах?
На рынке представлено множество моделей, использующих различные методы измерения уровня. Выбор оптимального варианта зависит от конкретных характеристик и требований процесса.
Какой тип датчика выбрать — давление, гидростатический, ёмкостный, ультразвуковой или другой? Каждый метод имеет свою область применения, однако радарная технология выделяется универсальностью и подходит для широкого спектра задач. В сочетании с возможностями IIoT она значительно упрощает мониторинг и управление.
Как работает радар?
Радарные уровнемеры, как правило, работают по одному из двух принципов: по времени пролёта сигнала (Time-of-Flight, ToF) или с использованием непрерывной волны с частотной модуляцией (Frequency-Modulated Continuous Wave, FMCW). В следующем разделе каждый из этих принципов рассматривается подробнее.
Метод времени пролёта (Time-of-Flight, ToF)
При использовании этого метода радарный прибор определяет расстояние до поверхности продукта, излучая радарные импульсы, которые отражаются от поверхности и возвращаются обратно к прибору. Антенна принимает отражённый сигнал и передаёт его в электронный блок, где микропроцессор анализирует эхо-сигнал и вычисляет время, за которое сигнал вернулся.
Расстояние (D) до поверхности пропорционально времени пролёта (t) радарного импульса. Формула, используемая микропроцессором, имеет вид:
D = c · t/2
Здесь c — скорость света.
После определения расстояния (D) прибор рассчитывает уровень (L) на основе расстояния до пустого резервуара (E):
L = E - D
Непрерывная волна с частотной модуляцией (FMCW)
При этом методе радарный датчик излучает высокочастотный сигнал, частота которого со временем непрерывно увеличивается. Такой процесс называется частотной разверткой сигнала. Сигнал отражается от поверхности продукта, принимается антенной и передаётся в электронику с временной задержкой (t).
Частота принятого сигнала отличается от частоты излучаемого, а разность частот (Δf) пропорциональна форме эхо-сигнала. Для анализа применяется преобразование Фурье, в результате чего формируется спектр:
Непрерывная волна с частотной модуляцией (FMCW)
Прибор определяет уровень, вычисляя разницу между высотой резервуара и измеренным расстоянием. Хотя этот метод более сложен по сравнению с ToF, все вычисления выполняются внутри прибора, что обеспечивает высокую точность без дополнительных усилий со стороны пользователя.
Частотный диапазон
Важно понимать особенности частотных диапазонов или проконсультироваться со специалистом, чтобы выбрать оптимальный вариант для конкретного применения. Бесконтактные датчики уровня доступны в четырёх различных диапазонах частот, при этом большинство приборов работают на 6 ГГц, 10 ГГц или 26 ГГц.
В последнее время на рынке появились радарные датчики с рабочей частотой 80 ГГц. Они обеспечивают значительные преимущества для технологических установок, особенно в тех случаях, где традиционные радарные уровнемеры требуют большего пространства из-за широкого угла излучения.
Какой частотный диапазон лучше всего подходит для вашего процесса? Ответ зависит от ряда факторов, специфичных для конкретного применения. Можно либо провести детальный анализ самостоятельно, либо передать данные процесса специалисту — первый вариант обеспечивает глубину проработки, второй позволяет быстрее получить оптимальное решение.
Мониторинг уровня с использованием IIoT
Радарные датчики уровня с поддержкой IIoT представляют собой новейшее поколение компактных приборов для измерения уровня. Модели, такие как Micropilot FWR30 от Endress+Hauser, разработаны для простой установки на небольших резервуарах и при необходимости могут быть легко перенесены на другое место.
Такая портативность обеспечивается автономным питанием от батареи и беспроводной связью, что позволяет перемещать резервуары в любое место с доступом к интернету, сохраняя при этом непрерывную передачу данных.
Дополнительные функции включают локализацию объекта, настраиваемые минимальные и максимальные пороговые значения, а также автоматические оповещения при изменении измеренных параметров. Работая на частоте 80 ГГц, эти датчики идеально подходят для небольших ёмкостей, обеспечивая надёжные и точные измерения даже в условиях ограниченного пространства.
Облачные IIoT-радарные уровнемеры, такие как Micropilot FWR30, настраиваются всего за несколько простых шагов. После настройки все измерительные данные доступны со смартфона, ноутбука или планшета. Дополнительные сервисы, например сервисы экосистемы Netilion IIoT, предоставляют расширенные функции, включая панели мониторинга, исторические данные, картографирование, уведомления и многое другое.
