A 80 GHz-es radaros folyadékszint-mérés számos alkalmazásban előnyös

A VEGA cég VEGAPULS 64 radaros folyadékszint-távadó típuscsaládja a világ első 80 GHz-es frekvencián működő ilyen műszere. 80 GHz-en a radarsugár jobban fókuszálható, amely meglepően sok előnyt kínál számos – rendkívül eltérő – folyamatirányítási alkalmazásban.

A radaros szinttávadók az utóbbi időben az ipar számos területén szorították ki jelentős mértékben az olyan ‑ korábban széles körben használatos ‑ mérési elveket, mint az úszós vagy ultrahangos szintmérés. A radaros szintmérés fejlesztésében élen járó, német VEGA cég által értékesített radarérzékelők száma már messze meghaladja a félmilliót, és a technológia iránti érdeklődést még csak fokozta a 80 GHz-es vivőfrekvenciájú radarok megjelenése. Az első áttörést az ömlesztett, szilárd anyagok szintmérésére használható VEGAPULS 69 műszercsalád kidolgozása hozta meg, és számos felhasználó számára vált nyilvánvalóvá a 80 GHz-es vivőfrekvenciájú radarnyaláb jobb fókuszálhatósága által kínált jelentős előny. Ez teszi lehetővé ugyanis, hogy a bonyolult felépítésű mérési környezetben, erősen reflektáló tartályfalak és a mérendő térbe benyúló szerelvények között is megbízható mérést végezhessünk.
A folyadékokat feldolgozó technológiák üzemeltetői hasonló problémákkal küzdenek. A tartályokban keverők, szivattyúk és más szerkezeti elemek vannak, amelyek között nem ritkán nehéz olyan „tiszta”, egyenes utat találni a műszertől a folyadékfelszínig, amelyen zavaró reflexiók nélkül haladhat végig a radarnyaláb.
A VEGA cég számára komoly előnyt jelentettek azok a tapasztalatok és műszaki megoldások, amelyek a már piacképes és bizonyítottan előnyös VEGAPULS 69 fejlesztése nyomán álltak a mérnökök rendelkezésére. Ezek felhasználásával jött létre a VEGAPULS 64 távadócsalád, világelsőként a 80 GHz-es vivőfrekvenciájú folyadékszint-mérésben. A 80 GHz-es frekvencián különlegesen szűken fókuszálható nyaláb esetén a folyadékfelszínről reflektált jelek jól megkülönböztethetők a zavarójelektől, amelyeket a tartály falán és a mért térbe benyúló szerelvényeken visszaverődő jelek okoznak.

1. ábra A VEGAPULS 64 legkisebb antennaváltozata nem nagyobb egy egyeurós érménél. Ez ideálisan alkalmazhatóvá teszi például kisméretű tartályokban is

Egyedülálló fókuszálás és dinamika

A magas üzemi frekvenciának a szoros fókuszálhatóság a legfontosabb, de nem az egyetlen előnye: 80 GHz-es vivőfrekvencián nagyobb az elérhető dinamikatartomány is. Egy radarérzékelő csak akkor képes helyesen mérni a töltöttségi szintet, ha a folyadék felszínéről megfelelő reflektált hullám érkezik vissza. Ha a zavarójelek és a folyadék felszínéről visszavert (hasznos) jel alakja hasonló, nagyon nehéz megbízható mérést végezni. A korábbi 26 GHz-es radaros szintmérő készülékekben tipikusan alkalmazott, a DN 80 folyamatcsatlakozásba szerelhető antenna közelítőleg 10°-os kúpszögű sugárnyalábot állít elő, a 80 GHz-es VEGAPULS 64 adó-sugarának kúpszöge ugyanekkora antennával viszont csupán 3°. Ezért a VEGAPULS 64 távadót sokkal megbízhatóbban használhatjuk tartályokban, mivel a belső szerkezeti elemek és a tartály falán keletkező lerakódások mellett a keskenyebb sugár egyszerűen elhalad.
A dinamikatartomány, vagy másképpen a radar érzékenysége (azaz a legnagyobb és legkisebb, tisztán megkülönböztethető jel aránya, logaritmikus skálán a szintjük különbsége) iránti követelményt az alkalmazás határozza meg. Minél nagyobb a dinamikatartomány, annál megbízhatóbb a mérési eredmény, tehát annál szélesebb azoknak az alkalmazásoknak a köre, amelyben az eszköz jól használható. A VEGAPULS 64 dinamikatartománya rendkívül széles, messze meghaladja a versenytársak hasonlóan széles méréstartományú folyadékszint-távadóinak dinamikáját. Ez különösen fontos például a gyengén reflektáló (például a kis dielektromos állandójú) anyagok szintmérésénél, mivel lényegesen kisebb a mérés bizonytalansága. Megbízhatóbban, ±2 mm pontossággal mérhető például még a habosodó vagy örvénylő folyadékok szintje is, és lényeges előny, hogy az antennán keletkezett kondenzáció vagy lerakódás sem jelent akadályt.
A radaros szintmérés egyik sajátos problémája a majdnem üres tartályok folyadékszintjének mérése. A radarjel ugyanis nem csak a folyadékfelszínről, de a tartály fenéklemezésről is reflektálódik, és alacsony folyadékszintek esetén a két jel időkülönbsége olyan kicsi, hogy a két jel gyakorlatilag összeolvad, és a műszer a tartályt üresnek méri. A 80 GHz-es vivőjel az alacsonyabb frekvenciájúaknál sokkal erősebben csillapodik a folyadékban, ami azzal az eredménnyel jár, hogy a tartályfenékről visszavert jel csökken a felszíni reflexióhoz viszonyítva. VEGAPULS 64-el ezért a nagyon kis szintek is pontosan mérhetők: a méréstartomány alsó határa néhány cm helyett néhány mm.

2. ábra Megfelelő szenzorkialakítás minden alkalmazáshoz: a VEGAPULS 64 több, könböző méretű antennaváltozattal rendelhető

Egyszerű telepítés

A VEGAPULS 64 megrendelése előtt a lehetséges zavarójel-források előzetes feltérképezése nagyrészt felesleges. A VEGA cég más műszereinél már bevált, moduláris plics®-koncepciója pedig jelentősen egyszerűsíti a távadó konfigurálását, „testre szabását”.
A magas, 80 GHz-es vivőfrekvencia jellemzője, hogy a korábban használt kisebb frekvenciájú radarokénál jóval kisebb átmérőjű antennákkal működtethető. Ez megkönnyíti a VEGAPULS 64 beépítését a meglevő folyamatcsatlakozásokba és mérőcsonkokba. Ez különösen azokban az alkalmazásokban nagy jelentőségű, ahol a szerkezeti változtatást követően a teljes tartályra bonyolult és költséges, jelentős üzemidő-kiesést okozó nyomáspróbát és biztonsági felülvizsgálatot kell végezni. A zavaró reflexiók egyik gyakori forrása a magas és kis átmérőjű folyamatcsatlakozás, amely viszont a jól fókuszált radarnyalábbal elkerülhető. A technológia bevezetéséhez tehát rendszerint nincs szükség a folyamatcsatlakozás áttervezésére és módosítására.
A műszer különböző rendszerű és méretű antennákkal rendelhető: léteznek ¾ collos menettel, (14°-os sugárnyalábbal), továbbá 1½ collos menettel (7°-os sugárnyalábbal), DN 50-es folyamatcsatlakozással (6°-os sugárkúp-szöggel) és DN 80-csatlakozással (3°-os kúpszöggel) rendelkező változatok. A legkisebb antenna nem nagyobb egy százforintos pénzérménél, ezért az új mérőműszer ideális megoldás kisméretű tartályokban.

Jellegzetes alkalmazások

Ezen a helyen szinte a folyadékszint-mérés minden lehetséges alkalmazását felsorolhatnánk a gyógyszeripar néhány literes, higiénikus kivitelű reaktoraitól a robbanásveszélyes olajipari óriástartályok szélsőséges klímájú, szennyezett környezetéig. Teljességre tehát nem törekedhetünk, csupán ezt a két olyan – végletes kihívásokkal teli – alkalmazást emeljük ki példaként, amelyeknél a 80 GHz-es technológia különleges előnyöket kínál.

Gyógyszeripar

Azáltal, hogy a VEGAPULS 64 elődtípusaihoz képest több mint háromszoros vivőfrekvenciát alkalmaz, az antenna mérete a 26 GHz-es antennákénak egyharmadára csökkenhet azonos mértékű fókuszálásnál. A kis antennaméret miatt az új műszer kis átmérőjű, akár még ¾”-es folyamatcsatlakozásban is elhelyezhető, amely rendkívül komoly előny, különösen az élelmiszer- gyógyszer- és biotechnológiai iparra jellemző kisméretű tartályokban. Jelentősen csökken továbbá a rövid hatótávolságokon, kisméretű tartályokban különösképpen zavaró visszavert jelek előfordulása. Nagy pontossággal lehet mérni a tartály aljától egészen addig a szintig, amikor a folyadék már csaknem érinti a készülék antennáját; a kicsi, de drága tartály térfogata tehát jobban kihasználható. A kis beépítési méret miatt a létező folyamatcsatlakozások is használhatók a beépítésre, költséges módosítások nélkül. Az aszeptikus folyamatszerelvények a tisztítandó felületeken PTFE-bevonatúak, és megfelelnek a 3A, az FDA és az EHEDG követelményeinek. Mivel a radarjelek áthatolnak a kémlelőablakok üvegfelületén és az üvegtartályok falán, a szinttávadó bizonyos körülmények között még a tartályon kívül is telepíthető.

3. ábra (a képen balra) A VEGAPULS 64 sugárkúpszöge csupán 3 °. Ez a megbízható szintmérést még akkor is lehetővé teszi, ha a tartályban keverő vagy más olyan szerkezeti elem foglal helyet, mint a fűtő csőkígyó

4. ábra (a képen jobbra) A VEGAPULS 64 még habos vagy rendkívül turbulensen áramló megbízható folyadékfelszín szintjének mérésére is képes, és a kondenzáció vagy a lerakódások sem zavarják

Petrolkémiai ipar

A gáz- és olajipar tipikus közege, a folyékony szénhidrogén alacsony dielektromos állandója komoly kihívás a radaros méréstechnikának. Ez alól éppen a 80 GHz-es technológia jelenti a kivételt. További fontos követelmény a magas rendelkezésre állás, ami megköveteli, hogy például egy nyomás alatt álló tartályról bármikor le lehessen szerelni a távadót a technológia leállítása nélkül. A VEGAPULS 64 szűk sugárnyalábja azonban még egy golyóscsap nyílásán is „átfér”, ezért a leállás nélküli leszerelésének nincs akadálya. Lényeges előny, hogy még a legalacsonyabb (néhány milliméteres) folyadékszintek is megbízhatóan és pontosan mérhetők; a folyamatok jobban optimalizálhatók, és a tartály térfogata jobban kihasználható. A kültérben elhelyezett tartályok leghidegebb pontja rendszerint a teteje, ahol a szintmérő is telepítve van. Ezért ott gyakori a kondenzáció és más lerakódás. A 80 GHz-es radar erre gyakorlatilag érzéketlen, ami a karbantartási, takarítási igény csökkenésével jár. 

A VEGAPULS 64 típust és a VEGA Grieshaber KG. (vega.com) többi automatizálási termékeit Magyarországon a DATCON Ipari Elektronikai Kft. forgalmazza.

DATCON Ipari Elektronikai Kft.
1148 Budapest, Fogarasi út 5. 27. épület
Tel.: +36 1 460 1000, fax: +36 1 460 1001
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.datcon.hu 

Még több VEGA