Радарные уровнемеры

Радарные уровнемеры — наиболее сложные и высокотехнологич-

ные средства измерения уровня. Для зондирования рабочей зоны и

определения расстояния до объекта контроля здесь используется

электромагнитное излучение СВЧ-диапазона. Обычно рабочая ча-

стота 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 при-

меняются преимущественно две технологии: с непрерывным частот-

но-модулированным излучением (FMCW — frequency modulated

continuous wave) и импульсным излучением сигнала.

Принцип действия уровнемера с частотно-модулированным

сигналом заключается в следующем (рис. 4.4, а). Микроволновый

генератор датчика уровня формирует радиосигнал, частота которого

изменяется во времени по линейному закону — линейный частотно-

модулированный сигнал. 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 ДГи, соответственно, расстоянию от антенны до измеряе-

мого продукта (рис. 4.4, в). Дальнейшая обработка сигнала осуществ-

ляется микропроцессорной системой датчика уровня уровнемера и

заключается в точном определении разностной частоты ∆f сигнала и

пересчете ее значения в значение уровня наполнения резервуара.

В радарных уровнемерах импульсного типа используется метод

определения расстояния, основанный на непосредственном измере-

нии времени прохождения СВЧ-импульса от излучателя до контро-

лируемой поверхности и обратно. Радарные уровнемеры импульсно-

го типа обладают рядом преимуществ перед устройствами, исполь-

зующими технологию FMCW. Во-первых, принимаемые эхо-сигналы

вне зависимости от природы их источника разнесены во времени,

что обеспечивает их более простое разделение. Во-вторых, среднее

энергопотребление импульсных уровнемеров составляет единицы

мкВт (пиковая мощность при излучении СВЧ-импульса составляет

около 1 мВт), что позволяет использовать для их подключения двух-

проводную схему с питанием от измерительной цепи со стандартным

токовым сигналом 4... 20 мА; в приборах, работающих по технологии

FMCW, энергопотребление существенно выше из-за непрерывного

характера излучения, а также постоянно выполняемой математиче-

ской обработки эхо-сигнала. И в-третьих, в импульсных уровнемерах

электроника для выполнения первичной обработки сигнала проще,

а сама обработка выполняется исключительно аппаратными сред-

ствами; в результате благодаря меньшему числу комплектующих на-

дежность прибора получается потенциально выше.

Радарные уровнемеры — наиболее универсальные средства изме-

рения уровня. Не имея непосредственного контакта с контролируемой

средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднород-

ных жидких и сыпучих материалов. 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. Радар-

ные уровнемеры обеспечивают высокую точность (до 1 мм), что по-

зволяет использовать их в системах коммерческого учета. Вместе с тем

существенным сдерживающим фактором применения радарных уров-

немеров остается высокая стоимость данных приборов.

Диапазон измерения радарных уровнемеров достигает 40 м при

спокойной поверхности контролируемой жидкости. Абсолютная по-

грешность измерения уровня может составлять ± 1 мм в диапазоне

до 30 м.