Na czym polega radarowy pomiar poziomu
Technologia, korzyści i IIoT
W skrócie
- Pomiar poziomu może stanowić poważne wyzwanie: wybór niewłaściwego przyrządu lub nieprawidłowa konfiguracja może nie przynieść oczekiwanych efektów i dodatkowo wygenerować niepotrzebne koszty.
- Wybór odpowiedniej technologii i jej prawidłowe wdrożenie gwarantują stabilny i bezproblemowy przebieg procesu.
- Technologia radarowa oferuje znaczące korzyści i stopniowo zastępuje alternatywne metody pomiaru w większości zastosowań.
- Do jej rosnącej popularności przyczyniła się nie tylko większa dostępność cenowa, ale i możliwości wykonywania pomiarów z bardzo wysoką dokładnością.
- W tym artykule omówimy zasady działania technologii radarowej i sprawdzimy, dlaczego radarowe przyrządy pomiarowe zintegrowane z IIoT stały się przełomowym rozwiązaniem do monitorowania poziomu w nowoczesnych środowiskach przemysłowych.
Jak zmierzyć poziom medium w zbiorniku?
Na rynku dostępna jest szeroka gama urządzeń działających w oparciu o różne metody pomiaru poziomu. Wybór najlepszej opcji dla danego procesu zależy od jego specyficznych cech i wymagań.
Jaki więc typ czujnika należy wybrać — ciśnieniowy, hydrostatyczny, pojemnościowy, ultradźwiękowy, czy może jeszcze inny? Każdy z nich ma swoje zalety, ale pośród różnych rozwiązań technologia radarowa wyróżnia się wszechstronnością. A w połączeniu z możliwościami IIoT, dodatkowo znacznie upraszcza monitorowanie i sterowanie.
Jak działa radar?
Radarowe sondy poziomu działają zazwyczaj w oparciu o jedną z dwóch zasad: pomiar czasu przelotu fali elektromagnetycznej (ToF) lub pomiar zmian częstotliwości pomiędzy falą elektromagnetyczną, emitowaną w sposób ciągły z modulacją częstotliwościową (FMCW) a falą powracającą z wnętrza zbiornika jako widmo mikrofalowe. Poniżej omówimy szczegółowo każdą z nich.
Pomiar metodą ToF
W tej metodzie, odległość do powierzchni medium mierzy się w następujący sposób: sonda emituje impulsy radarowe, które odbijają się od powierzchni medium i powracają do sondy. Antena odbiera odbity sygnał i przekazuje go do modułu elektroniki, w którym mikroprocesor analizuje echo i oblicza czas powrotu sygnału.
Odległość (D) do powierzchni medium jest proporcjonalna do czasu przelotu impulsów (t) z radaru. Mikroprocesor wykonuje obliczenia wg następującego wzoru:
D = c · t/2
Gdzie c oznacza prędkość światła.
Po określeniu odległości (D), przyrząd może obliczyć poziom (L) na podstawie odległości dla pustego zbiornika (E):
L = E-D
Pomiar metodą FMCW
W przypadku tej metody, sonda radarowa emituje sygnał o wysokiej częstotliwości. Częstotliwość ta wzrasta w miarę upływu czasu, co można określić jako "przemiatanie częstotliwości" lub "przemiatanie sygnału". Sygnał odbija się od powierzchni medium i po odebraniu przez antenę zostaje z opóźnieniem czasowym (t) przesłany do modułu elektroniki.
Częstotliwość odbieranego sygnału różni się od częstotliwości emitowanej, a różnica (Δf) jest proporcjonalna do krzywej echa. Do widma stosowana jest transformacja Fouriera, jak pokazano tutaj:
Pomiar metodą FMCW
Przyrząd określa poziom, obliczając różnicę pomiędzy wysokością zbiornika a zmierzoną odległością. Chociaż ta metoda jest bardziej skomplikowana niż ToF, wszystkie obliczenia są wykonywane w przyrządzie, co gwarantuje uzyskanie dokładnych wyników bez dodatkowego nakładu pracy.
Pasmo częstotliwości
Ponieważ wiedza na temat doboru odpowiedniej częstotliwości jest bardzo ważna, w przypadku wątpliwości należy skonsultować się ze specjalistą i ustalić, która opcja będzie najlepiej odpowiadała potrzebom danej aplikacji. Dla bezkontaktowych sond poziomu dostępne są cztery warianty pasm, przy czym większość urządzeń działa na częstotliwościach 6 GHz, 10 GHz lub 26 GHz.
Niedawno na rynku pojawiły się sondy radarowe o częstotliwości 80 GHz. Ich zastosowanie jest szczególnie korzystne w instalacjach procesowych, zwłaszcza tam, gdzie tradycyjne sondy radarowe wymagają więcej miejsca na kąt wiązki.
Które pasmo częstotliwości będzie najlepsze dla danego procesu? Odpowiedź zależy od kilku czynników, zależnie od danego zastosowania. Szczegółowe analizy można przeprowadzić samodzielnie lub przekazać dane procesowe specjaliście, który udzieli odpowiednich wskazówek – pierwszy sposób zapewnia dokładność, a drugi szybkość.
Monitorowanie poziomu zintegrowane z IIoT
Sondy radarowe połączone z systemem IIoT to najnowsza generacja kompaktowych przyrządów do pomiaru poziomu. Modele takie, jak Micropilot FWR30 produkcji Endress+Hauser, można łatwo zamontować w małych zbiornikach i przenosić w zależności od potrzeb.
Zmiana miejsca jest możliwa dzięki zasilaniu bateriami i komunikacji bezprzewodowej, co pozwala na przenoszenie zbiorników w dowolne miejsce z dostępem do Internetu, przy jednoczesnym zachowaniu ciągłej transmisji danych.
Dodatkowe funkcje to m.in. lokalne śledzenie, konfigurowalne progi minimalne i maksymalne oraz automatyczne powiadomienia wysyłane w przypadku zmiany pomiarów. Sondy pracujące z częstotliwością 80 GHz idealnie nadają się do małych zbiorników, ponieważ zapewniają niezawodne i dokładne pomiary nawet w ograniczonej przestrzeni.
Sondy radarowe z obsługą IIoT, zintegowane z chmurą, takie jak Micropilot FWR30, można łatwo konfigurować w zaledwie kilku prostych krokach. Po skonfigurowaniu, wszystkie dane pomiarowe są dostępne na smartfonach, laptopach lub tabletach. Dzięki dodatkowym usługom, które oferuje na przykład ekosystem Netilion IIoT, uzyskujemy dostęp do zaawansowanych funkcji, w tym: pulpitów operatorskich, danych historycznych, mapowania, powiadomień i wielu innych.
