Nivå fra A til Å 3:16

Ledet radar

Nivåradar med wire/stav, eller guided radar, benyttes for nivåmåling i siloer og tanker.

Ledet radar gjør en god jobb med ulike medier i tanken, skum, urolig overflate eller mye støv i luften.
Ledet radar gjør en god jobb med ulike medier i tanken, skum, urolig overflate eller mye støv i luften. (Bilde: Endress+Hauser)

Nivåradar med wire/stav, eller guided radar, benyttes for nivåmåling i siloer og tanker.

Nivå fra A til Å

Automatisering artikkelserie ”Nivå – fra A til Å” dekker nivåmåling i industrielle applikasjoner.

Artikkelen om radar med wire/stav (guided radar) er utviklet i tett samarbeid med instrumenteringsleverandøren Endress+Hausers norske spesialister innen nivåmåling, Pål Thorkildsen, Frank Berg Halvorsen, Tore Sandvoll og Knut Nordrum.

Prinsippet sikrer en pålitelig måling, uansett om det er skiftende medier i tanken, skum, urolig overflate eller mye støv i luften.

Guided radar er nesten som poteten, og kan brukes i en rekke nivåmålingsapplikasjoner. Vi ser her på selve måleprinsippet og softwarealgoritmer for deteksjon av korrekt nivå.

Måleprinsippet

De elektromagnetiske bølgene fra transmitteren (”signalet”) ledes langs en stålwire eller stav. Signalet beveger seg ned langs wiren/staven inntil det møter medieoverflaten, og signalet delvis reflekteres. Den tid det tar for signalet å bevege seg fra transmitteren til overflaten og tilbake, er ett uttrykk for nivået i tanken.

Prinsippet ble først utviklet av televerkets kabelindustri, som brukte det for å oppdage brudd i kabelnettverket. Ved å sende en radarpuls i kabelen, kan avstanden til bruddet eller kortslutningen bestemmes nøyaktig. Pulsen, som sendes ut, følger kabelen og returnerer på grunn av brudd eller kortslutning.

Som i andre radarmålere beveger de elektromagnetiske bølgene seg nesten med lysets hastighet (ca. 300.000 km/sek), og er uberørt av hvilket bæremedie som befinner seg i tanken (gass over medieoverflaten). I tillegg blir den elektromagnetiske bølgen lite påvirket av trykk og temperatur. En ytterligere fordel, er at det ledede signalet, i motsetning til konvensjonelle radarmålinger, ikke påvirkes av støvskyer eller skum på væskeoverflaten.

Refleksjon av et radarsignal avhenger av dielektrisitetskonstanten (refleksjonsevnen). Alle produkter har en definert dielektrisitetskonstant (DK), som for luft er definert til 1. Alle andre produkter bestemmes så relativt til denne verdi. I luft beveger den elektromagnetiske bølgen seg med lysets hastighet – i alle andre medier vil hastigheten senkes relativt i forhold til dielektrisitets konstanten.

I praksis viser det seg at det kan være ytterst vanskelig å måle medier med en DK < 1,6, fordi det meste av energien opptas og fortsetter å bevege seg gjennom mediet. Dette er en utfordring som spesielt gjelder LPG (DK = 1,4). Her blir det reflekterte signalet simpelthen så svakt at selv små variasjoner i prosessbetingelsene, som små virvler på overflaten, kan resultere i tapt målesignal. Mange kjenner til problemet, men få vet at en guided radarmåler med ”Deteksjon av probe-ende” faktisk kan løse dette problemet!

Deteksjon av probe-ende

Enhver nivåradar med wire leveres med en forhåndsbestemt wire eller stavlengde. Dette stoppunktet vil, i likhet med medieoverflaten, gi en refleksjon. Ved fabrikkalibreringen lagres den aktuelle nivåmålers ”deteksjon av probe-ende” signal. Dette er tiden det tar for all energien å bevege seg fra transmitter til stoppunkt i et kjent medie (typisk luft). Når måleren installeres og wiren/staven dekkes delvis av medie, vil ”Deteksjon av probe-ende” signalet også endres. Avhengig av mediets dielektrisitetskonstant vil tiden det tar å nå ”stoppunktet” endres (jo høyere dielektrisitetskonstant desto lengre vandringstid).

Denne kunnskapen kan benyttes til kontinuerlig å beregne mediets dielektrisitetskonstant, da verdien beregnes mellom 60 til 120 ganger i minuttet ut fra overflaten og stoppunktets ekko. Forstyrres målingen, eller vi mister overflatesignalet, kan den patenterte ”Deteksjon av probe-ende” algoritmen beregne seg fram til det korrekte målesignalet og sikre en pålitelig måling også under vanskelige forhold.

For støv og skum

Guided radar kan i mange tilfeller betraktes som en ”monter og glem” nivåmåler for alle medier. Det er en kjent sak at et produkts dielektrisitetskonstant endrer seg med temperatur og fuktighet, da selv trykk kan spille inn på denne faktoren. I motsetning til andre måleprinsipper, som benytter dielektrisitetskonstanten i forbindelse med måling, har variasjoner ingen innflytelse på nivåradaren med wire, da teknikken for ”Deteksjon av probe-ende” hele tiden kompenserer for variasjoner. Måleprinsippet kan brukes til både væsker og faste stoffer, og har mange fordeler i forhold til andre måleprinsipper i vanskelige applikasjoner. For eksempel applikasjoner med høy støvkonsentrasjon eller væskeapplikasjoner med skum.

Guided radar sender på en mye lavere frekvens enn berøringsfrie radarer, ca 0,2 til 1,2 GHz.

Interfacemåling

Guided radar er også utviklet for interfacemåling i væsker. Typiske applikasjoner er målinger i: olje/vann eller kjemikalier/vann. Det er viktig at det øverste produktet har en lavere dielektrisk konstant enn det nederste produktet.

Mikrobølgepulsen blir ledet ned langs wiren/staven, hvor noe av energien blir reflektert fra overflaten av det øverste ikke-ledende produktet. Den gjenværende energien passerer gjennom det øverste produktet og blir reflektert fra grenseskiktet mellom de to produktene. De to refleksjonene kan da bli evaluert som nivå og interface.

Veiledning til interfacemålingen:

  • Det må være et klart skille mellom det øverste og det nederste produktet, d.v.s. ingen vesentlig emulsjon.
  • Det øverste produktet må være mer enn 10 cm tykt og ha en dielektrisk konstant < 10. Det er også viktig at den dielektriske konstanten holder seg konstant.
  • Forskjellen i dielektrisk konstant, mellom det øverste og det nederste produktet, må være mer enn 10.

Allsidige applikasjoner

Radar med wire/stav (guided radar) kan brukes i nesten alle tanker som inneholder væsker eller faste stoffer.

Faste stoffer: Kornstørrelsen bør ikke overstige 20 mm for å få en god måling. I applikasjoner som for eksempel: flyve-aske, sement, korn, granulater og trepellets oppnås en tilfredsstillende måling selv om produktets dielektriske konstant er så lav som ned til 1,8. Guided radar kan enkelt tilpasses tanker som er: høye og smale, spesielt utformet og som har innvendige konstruksjoner.

Væsker: I væsker finnes mange aktuelle applikasjoner innenfor bransjer som næringsmiddel, møllebruk, kjemisk industri og offshore. Med sine egenskaper, egner den seg også meget bra på medier med turbulent overflate, skum eller kombinasjon av begge. Måleprinsippet benyttes også offshore, da i applikasjoner med mud, sement etc.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå