Világújdonság – 80 GHz a radaros folyadékszint-mérésben

A VEGA a radaros szintmérés új kategóriáját nyitotta meg a VEGAPULS 64 típusú radaros folyadékszint-távadó kifejlesztésével: ez ugyanis a világ első 80 GHz-es frekvencián működő ilyen műszere. A megnövelt jelfrekvencia fő előnye a radarsugár jobb fókuszálhatósága. Ezzel megbízhatóbb mérési eredményeket érhetünk el még olyan nehéz mérési körülmények között is, mint a belső szerkezeti elemekkel rendelkező tartályok, alacsony visszaverőképességű közegek, lerakódások, felszíni habképződés és kondenzáció.

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 műszerek alkalmazási területe fokozatosan bővül, ezért a felhasználók egyre gyakrabban választják ezt a technológiát. A VEGA cég eddig már félmilliónál is több radarérzékelőt helyezett üzembe világszerte. Másfél évvel ezelőtt – az elektronikus alkatrészek bizonyos új fejlesztéseinek köszönhetően – a VEGA forgalomba hozhatta a VEGAPULS 69-et, egy 80 GHz-en működő radaros szinttávadót ömlesztett szilárd anyagok mérésére. Ez a műszer forradalmi újdonság volt a maga nemében, mivel a nagyobb üzemi frekvencia következtében a radarsugár jobban fókuszálhatóvá vált. Ezzel az új készülék jelentős előrelépést jelentett az ömlesztett szilárd anyagok szintmérési problémáinak megoldásában. 

Ezek után nem okozott nagy meglepetést, hogy a felhasználók hamarosan már aziránt érdeklődtek, mikor kerül piacra egy hasonlóan nagy frekvenciájú folyadékszint-távadó is. A folyadékok szintmérése is számos kihívást jelent, például a keverők, szivattyúk és más szerkezeti elemek jelenléte a tartályban, vagy lerakódások a tartály falán. Az olyan alkalmazásokban, ahol igen nagy a jelcsillapítás vagy zavaró visszaverődések keletkeznek, a mérési feladatot korábban csak jelentős műszaki erőfeszítések, esetleg bizonyos minőségi kompromisszumok árán lehetett csak megoldani. Most a VEGA új mérföldkövet állított fel a radartechnológia tökéletesítésében. A VEGAPULS 64 a világelső a 80 GHz-es frekvencián történő folyadékszint-mérésben. Ezen a frekvencián ugyanis a sugárnyaláb olyan szűken fókuszálható, amely számos lehetőséget teremt arra, hogy a folyadékfelszínről reflektált jelek jól megkülönböztethetők legyenek a zavarójelektől. Ennek előnye különösen a tartályok belsejében telepített szintmérőknél érvényesül.

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

A vizsgált építőelemek

A VEGA 2016 májusában hozta forgalomba az első 80 GHz-es radaros szintmérőjét. Előnyös a felhasználók számára, hogy a szilárd anyagok mérésére fejlesztett készülék bizonyos elektronikai és technológiai megoldásait fel lehetett használni a folyadékszintmérőben is. Ez azt jelenti, hogy a tervezéskor már alaposan megvizsgált és bevált részegységek és alkatrészek álltak készen, bár néhányukat nem lehetett változatlanul újrahasznosítani.
A VEGAPULS 64 4 GHz sávszélességű, ezért a hasznos és a zavaró jelek még jobb, még tisztább elválasztása válik lehetségessé. Természetesen ugyancsak megtartották a paraméterek és alkalmazástechnikai konfigurációs adatok tárolásának lehetőségét a műszerben, de a folyadékszintméréshez adaptált és optimalizált változatban.

Egyedülálló fókuszálás és dinamika

A magas üzemi frekvenciának számos előnye van. A VEGAPULS 64 radaros szinttávadónál használt 80 GHz-es frekvencián jobban fókuszálható az adó sugárnyalábja, és nagyobb a dinamikatartomány is. Egy radarérzékelő csak akkor képes helyesen mérni a töltöttségi szintet, ha a folyadék felszínéről megfelelő reflektált hullám érkezik vissza. Ha a zavarójelek alakja és a folyadék felszínéről visszavert (hasznos) jel alakja hasonló, nagyon nehéz megbízható mérést végezni. A korábbi radaros szintmérő készülékekben alkalmazott 26 GHz-en egy DN 80-as méretű antenna közelítőleg 10°-os kúpszögű sugárnyalábot állít elő. A VEGAPULS 64 ennél sokkal jobban fókuszálja az adósugarat: ennek kúpszöge csupán 3°-os. Ez azt eredményezi, hogy a távadót sokkal megbízhatóbban használhatjuk tartályok belsejében, mivel a belső szerkezeti elemek és a tartály falán képződő 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 – A szerk. megj.) iránti követelményt az alkalmazás határozza meg. Minél nagyobb a dinamikatartomány, annál megbízhatóbb a mérési eredmény, tehát annál szélesebb azoknak az alkalmazásoknak a köre, amelyekben az eszköz jól használható.
A VEGAPULS 64 dinamikatartománya rendkívül széles; példátlanul nagy a folyadékszint mérésére szolgáló, jelenleg elérhető, hasonlóan széles méréstartományú műszerek között. Ez azt jelenti, hogy a gyengén reflektáló (például a kis dielektromos állandójú) anyagok szintjét is hatékonyabban méri a korábbi radaros érzékelőknél. Ez a kisebb mérési bizonytalanság megbízható mérést tesz lehetővé még habosodó vagy örvénylő folyadékfelszín, sőt, az antennán keletkezett kondenzáció vagy lerakódás esetén is. A műszer pontossága ±2 mm, és a töltési szint még akkor is pontosan mérhető, ha a felszín igen közel van a tartály aljához.

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

Egyszerű megrendelés és telepítés

A VEGAPULS 64 megrendelése már csak azért is egyszerű, mert a lehetséges zavarójel-források előzetes feltérképezése nagyrészt feleslegessé válik. Ezt egészíti ki – annak minden szokásos előnyével – a VEGA cég plics®-koncepciója, amelyet természetesen az új VEGAPULS 64 fejlesztése során is követtek a tervezők. Létezik továbbá egy olyan tulajdonság, ami tovább egyszerűsíti a telepítési folyamatot. A nagyon keskeny sugárnyaláb megkönnyíti a VEGAPULS 64 beépítését a meglevő folyamatcsatlakozásokba és kiemelésekbe, amely a korábbi típusoknál – a nagyobb méretek miatt – nehézségeket okozott. Ez különösen azokban az alkalmazásokban nagy jelentőségű, ahol a szerkezeti változtatást követően a teljes tartályra nyomáspróba és biztonsági felülvizsgálat van előírva. Ezek nem könnyen kivitelezhető és költséges műveletek. Általában egy hosszú és vékony folyamatcsatlakozás zavaró reflexiók forrása, viszont a VEGAPULS 64 fókuszált mérőnyalábja elkerüli a belső éleket, ezért ahhoz, hogy megbízható szintmérést valósíthassunk meg, nincs szükség a folyamatcsatlakozás áttervezésére és módosítására.
A műszer különböző rendszerű és méretű antennákkal rendelhető. Jelenleg ¾ collos menettel, (14°-os sugárnyalábbal), továbbá 1 ½ collos menettel (7°-os sugárnyalábbal), DN 50-es folyamatcsatlakozással (6°-os sugárkúp-szöggel) és DN 80-csatlakozással (3°-os kúpszöggel) rendelkező változatok érhetők el. A műanyag antenna számos alkalmazásban jelent kiváló megoldást a jól fókuszált adónyaláb megvalósítására.
Az erősebb fókuszálásnak köszönhetően gyakran a korábban megszokottnál kisebb antennaméretekkel dolgozhatunk. A legkisebb antenna nem nagyobb egy százforintos pénzérménél, ezért az új mérőműszer a kisméretű tartályokba történő beépítés ideális megoldása.

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

Hogyan tovább?

Az új radaros szintmérők egy 200 darabos tesztszériáját már számos iparágban és alkalmazásban használják világszerte 2015 decembere óta. Az ömlesztett szilárd anyagok mérésére szolgáló készülékekhez hasonlóan a tesztalkalmazásokat azon az alapon választották ki, hogy azokban korábban problematikusnak – vagy éppen megoldhatatlannak – vélték a megbízható mérés feladatát. Ezekben az alkalmazásokban rögzítették a visszavert jel alakját, és ezen az alapon végezték el az érzékelő tulajdonságainak finomítását a teljesítőképesség optimalizálása érdekében. A véglegesített termék 2016 májusa óta elérhető.
Az már biztosnak látszik, hogy az új VEGAPULS 64 radaros folyadékszint-távadó igazi probémamegoldó lesz a sok belső szerelvényt és keverőelemet tartalmazó tároló- és reaktortartályokban. Bebizonyosodott, hogy a távadók érzéketlenek az olyan szélsőséges folyamatkörülményekre, mint a habosodás és a felrakódások. Az új VEGAPULS 64 még a tartályba épített fűtő-hűtő csőkígyókat vagy szivattyúkat tartalmazó alkalmazásokkal is könnyedén megbirkózik. A kisméretű folyamatcsatlakozással rendelkező változatok rendkívül hasznosak például a gyógyszer- és élelmiszer-ipari alkalmazásokban. További új folyamatcsatlakozás-típusokkal ellátott változatok kerülnek a választékba az aszeptikus területeken alkalmazható, PTFE-bevonatú kivitelben, amelyek megfelelnek a 3A-, az FDA- és az EHEDG-követelményeknek. A robbanásveszélyes zónákban alkalmazható változatok is rendelhetők.

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

Jürgen Skowaisa – VEGA Grieshaber KG, radarszenzor-termékmenedzsment

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., web: www.datcon.hu

Még több VEGA

Címkék: DATCON | folyadékszint mérés | radaros