Temat wydania: Pierwszy na świecie radar do cieczy o częstotliwości 80 GHz – mały, skuteczny, uniwersalny



VEGA – niemiecka firma będąca od ponad 20 lat liderem na rynku radarowego pomiaru poziomu – po raz kolejny zapoczątkowała nową erę w tej dziedzinie. VEGAPULS64 jest pierwszą na świecie sondą radarową dla cieczy pracującą na częstotliwości 80 GHz, a częstotliwość w przypadku radarów jest parametrem kluczowym dla ich stosowania.

OD 26 DO 80 GHZ
16 lat temu VEGA postawiła milowy krok w rozwoju techniki radarowej wprowadzając na rynek sondę o częstotliwości 26 GHz. Sonda ta była na owe czasy rozwiązaniem rewolucyjnym, ponieważ spowodowała około 3-krotne zmniejszenie anteny i przyłącza zachowując ten sam kąt wiązki. W ciągu 16 lat produkcji technologia ta została maksymalnie dopracowana. Zwiększono dynamikę sygnału, zwiększono dokładność, rozbudowano i jednocześnie uproszczono interfejs komunikacyjny. Niestety, nadal pozostawał pewien margines aplikacji ryzykownych i trudnych do opomiarowania przez technologię 26 GHz.
Dzięki dynamicznie rozwijającemu się rynkowi motoryzacji, moduły mikrofalowe o częstotliwości 80 GHz stały się łatwo i niemalże powszechnie dostępne. Dało to impuls do dalszego rozwoju techniki pomiaru poziomu. Po 16 latach od wprowadzenia 26 GHz, doczekaliśmy się kolejnej innowacji rewolucjonizującej przemysłowe pomiary poziomu cieczy – sondy radarowej wykorzystującej częstotliwość 80 GHz.

temat_wydania1

Różne wersje sond VEGAPULS 64

DOBRE SKUPIENIE – WIĘKSZE BEZPIECZEŃSTWO
Aby skutecznie wykryć poziom w zbiorniku, sygnał odbity od medium musi być łatwy do odróżnienia od poziomu szumów. Czynnikami określającymi wiązkę, a tym samym jej skupienie, są częstotliwość transmisji i efektywna wielkość anteny. Przy zachowaniu tej samej wielkości anteny, większe skupienie wiązki uzyskuje się stosując wyższą częstotliwość.
VEGAPULS 64 z częstotliwością transmisji 80 GHz zapewnia antenę 80 mm z kątem wiązki tylko 3°. Dla porównania, konwencjonalny czujnik radarowy z częstotliwością transmisji 26 GHz i anteną o tej samej wielkości ma kąt wiązki około 10°, a im kąt wiązki szerszy, tym większe prawdopodobieństwo pojawienia się ech zakłócających. Radar 80 GHz przy niewielkich rozmiarach anteny charakteryzuje się zatem lepszym skupieniem wiązki i dlatego jest w stanie znacznie lepiej poradzić sobie w zbiornikach z instalacjami wewnętrznymi, takimi jak mieszadła i nagrzewnice. Co więcej, wyższa częstotliwość pozwala na montaż w kominku o wysokości nawet 600 mm, co wcześniej stwarzało nie lada problemy.

temat_wydania2

Pomiary poziomu w króćcu z zaworem odcinającym oraz w zbiorniku z wewnętrznymi konstrukcjami

Źródłem komplikacji w takich przypadkach jest bowiem znaczny wzrost zakłóceń dla 26 GHz przy zabudowie sondy w kominku bez możliwości wpuszczenia końca anteny do wnętrza zbiornika. Identyczny problem istnieje w aplikacjach z zaworami odcinającymi stosowanymi w instalacjach ciśnieniowych w celu łatwego demontażu aparatury kontrolno-pomiarowej bez potrzeby odstawiania instalacji. Dla technologi 26 GHz echa zakłócające pochodzące od wnętrza zaworu (uszczelnienie, spawy) znacznie utrudniają pomiar czyniąc go w skrajnych przypadkach niewykonalnym. VEGAPULS 64 stanowi panaceum na te wszystkie problemy.

MAŁE PRZYŁĄCZE PROCESOWE ZWIĘKSZA MOŻLIWOŚCI APLIKACJI RADARU
Poprzednie 26 GHz-owe czujniki radarowe wymagały przyłączy procesowych o minimalnej wielkości 11”. Dodatkowo część zakresu pomiarowego była bezpowrotnie stracona ze względu na długość anteny stożkowej wpuszczonej do wnętrza zbiornika. Z tego powodu zastosowanie ich w małych zbiornikach było praktycznie niemożliwe. W dniu dzisiejszym dzięki VEGAPULS 64 z gwintem 3” aplikacje te nadają się do opomiarowania. Dzięki zastosowaniu anteny 3” z praktycznie płaską anteną jesteśmy w stanie opomiarować zbiorniki o wysokości od 20 cm. Dodatkowo możemy pokusić się o opomiarowanie większych zbiorników z istniejącymi króćcami 3”, które do tej pory były bezużyteczne. Wykorzystanie istniejących króćców pozwala na zaoszczędzenie środków związanych z kosztowną przebudową instalacji.

temat_wydania3

WIĘKSZA DYNAMIKA SYGNAŁU
Dynamika sygnału jest stosunkiem sygnału do szumu. VEGAPULS 64 charakteryzuje się dynamiką sygnału wynoszącą 120 dB. Dla przypomnienia, radary w standardzie 26 GHz posiadają dynamikę sygnału równą 96 dB. Zgodnie z rachunkiem decybelowym, różnica 26 dB oznacza 200 krotną różnicę dynamiki sygnału. Mocniejsza elektronika przydaje się w walce ze wszystkimi trudnościami mogącymi wystąpić w aplikacjach. Trudności takie to najczęściej silna kondensacja, zaparowanie, oblepienie, fluktuacja powierzchni medium spowodowana pracą mieszadła, niska stała dielektryczna produktu.

VEGAPULS 64 w porównaniu z radarami 26 GHz dużo lepiej radzi sobie z pomiarem poziomu mediów o niskiej, a nawet bardzo niskiej stałej dielektrycznej. Jak już wspominałem, jednym z powodów jest elektronika o większej dynamice sygnału, a drugim powodem fizyka. Otóż gdy sygnał radarowy dociera do medium o niskie DK, to pewna jego część ulega odbiciu i wraca do radaru, a pozostała część przechodzi przez medium, odbija się od dna zbiornika i również wraca do radaru. Podczas przejścia przez medium w obu kierunkach sygnał ulega osłabieniu. Jak możemy się domyślić, sygnał pochodzący od dna zbiornika jest sygnałem zakłócającym, mającym wpływ na jakość pomiaru przy niskim poziomie w zbiorniku (tuż przy dnie zbiornika). 80 GHz jest sygnałem bardziej tłumionym przy przejściu przez medium do dna zbiornika niż sygnał 26 GHz. Powoduje to, że w przypadku radaru 80 GHz łatwiej odróżnić echo odbite od dna od echa odbitego od powierzchni medium. W radarze 26 GHz echa te „zlewają się” i są nie do rozpoznania przez ładnych kilka centymetrów. VEGAPULS64 jest w stanie mierzyć np. olej jadalny już od poziomu 9 mm.

temat_wydania4

Pomiar poziomu w warunkach oblepienia anteny

NOWOŚCI TOWARZYSZĄCE
Równolegle z VEGAPULS 64 producent wprowadza na rynek najnowszy PLICSCOM – wyświetlacz i moduł programujący do zabudowy bezpośrednio na urządzeniu pomiarowym VEGA, dostępny w wersji z komunikacją Bluetooth. Nowe właściwości PLICSCOM pozwalają na zdalną konfi gurację urządzeń na dystansie do około 25 m. Kolejnym udogodnieniem jest wygodny dostęp do kalibracji urządzenia za pomocą smartfona lub tableta. Wszystkie funkcje są zintegrowane z aplikacją VEGA Tools. Struktura menu jest identyczna z PACTware/DTM. Aplikacja VEGA Tools daje dostęp do wszystkich potrzebnych informacji, takich jak poziom czy też ilość materiału w zbiorniku.

Jeszcze jedną nowością w komunikacji z urządzeniem VEGA jest Magnetic pen umożliwiający konfigurację urządzenia wyposażonego w PLICSCOM bez potrzeby odkręcania obudowy. Wystarczy dotykać obudowę za pomocą magnetic pen w miejscach, pod którymi znajdują się przyciski PLICSCOM i w ten sposób poruszać się po menu. Magnetic pen jest bardzo pomocny w przypadkach kiedy z powodu silnego zabrudzenia i trudnych warunków środowiskowych nie jesteśmy w stanie odkręcić obudowy. Co więcej, w najbliższym czasie pojawi się również możliwość bezprzewodowej konfiguracji za pomocą komputera z programem PACTware oraz adaptera Bluetooth.

PARAMETRY TECHNICZNE NOWEGO RADARU
Podstawowe parametry techniczne nowego VEGAPULS to oprócz częstotliwości 80 GHz:
Zakres pomiarowy: 30 m
Dokładność: ±2mm
Dynamika sygnału: 120dB
Cykl pomiaru: <500ms

temat_wydania5_tabela


PODSUMOWANIE

Na sam koniec chciałbym w kilku zdaniach podsumować właściwości nowego „dziecka” firmy VEGA. Właściwości te zostały określone i poparte wieloma testami jakie producent wykonał przed wprowadzeniem urządzenia na rynek. Poza testami w siedzibie firmy, dokładnie 200 radarów „wyruszyło” w świat i było testowanych w różnorodnych, najczęściej skomplikowanych aplikacjach.
Firma INTROL sp. z o.o. miała także przyjemność testowania trzech radarów VEGAPULS 64 jeszcze przed ich seryjna produkcją.

temat_wydania6

Konfiguracja poprzez smartfon lub tablet

Zalety VEGAPULS 64 :
– doskonałe skupienie wiązki pozwalające na zastosowanie radaru w bardzo małych zbiornikach oraz zbiornikach z wewnętrznymi instalacjami takimi jak mieszadła czy nagrzewnice
– duża pewność pomiaru ze względu na znikome prawdopodobieństwo wystąpienia ech zakłócających
– duża odporność chemiczna materiałów z których wykonane jest urządzenie
– przyłącze procesowe 3” pozwalające zamontowanie radaru w małym króćcu procesowym
– wysoka dokładność ±2 mm spełniająca największe wymagania użytkowników
– dynamika sygnału 120dB
– nieczuły na kondensację i oblepienie anteny
– dostępne wersje higieniczne zgodnie z 3A, EHAEDG
– pomiar mediów o bardzo niskiej stałej dielektrycznej
– łatwa konfiguracja i diagnostyka możliwa również za pomocą smartfonu lub tableta

autor:
Sławomir Wąsowicz
swasowicz@introl.pl