80 GHz vs 26 GHz レーダー式レベル伝送器：完全比較

タンク、サイロ、またはバルク粉体用のレーダー式レベル計を選定する際、周波数の問題が早期に浮上します。80 GHzのレーダー式レベル計を選ぶべきか、それとも26 GHzのモデルを選ぶべきでしょうか？ その答えが「一方が優れている」ということは滅多にありません。それは容器、測定物、およびプロセス条件に依存します。本ガイドでは、精度、ビーム角、アンテナサイズ、粉塵や結露への対応、測定範囲、比誘電率への感度、および価格の観点から2つの周波数を比較し、初回で適切な計器を仕様化できるようにします。

80 GHzと26 GHzの計器はどちらも同じ物理原理に基づいています。レーダー式レベル測定は、測定物表面に向かってマイクロ波エネルギーを送信し、そのエコーからレベルを算出します。現在最も一般的な技術はFMCW（周波数変調連続波）方式です。送信機は周波数が時間とともに線形に変化する連続信号を発信し、反射したエコーが送信信号と混合され、その結果生じる周波数差が製品表面までの距離に正比例します。FMCWは、離散的な短いバーストの往復時間を測定する従来のパルスレーダーよりも、優れた信号平均化と安定性を提供します。80 GHzと26 GHzの実用的な違いは波長、アンテナ設計、および出力電力に集約されるため、これらは現場でのパフォーマンスの大きな違いとなって現れます。この記事では、まさにその評価を支援します。

80 GHzレーダー式レベル計とは？

80 GHzレーダー式レベル計はWバンド（通常76–81 GHz）で動作し、波長はわずか約3.75 mmです。この短い波長こそが、80 GHz計器のほぼすべての利点の源です。この周波数ではアンテナを小型化できるため、メーカーは40 mmのレンズまたはホーンアンテナを備えたコンパクトな送信機を製造でき、小さなプロセスノズル（DN40またはDN50）にも容易に適合します。これは、大きな穴を開けることが現実的ではない加圧ノズルや高温ノズルにおいても同様です。

また、短い波長は極めて狭いビーム（一般的なレンズアンテナで約3°）を生成します。ビームが狭いということは、マイクロ波エネルギーが容器の壁面に広がるのではなく、アンテナの直下にある測定物表面に集中することを意味します。粉塵の多いサイロでは、この集中したビームが粉塵雲を突き抜け、壁面の付着物、内部構造物、またはコーン底部からの偽エコー干渉を大幅に抑えながら、製品からのクリアなエコーを返します。これが、80 GHzクラスがセメント、フライアッシュ、プラスチック、食品、化学プラントにおける粉体およびバルク固体用途のデフォルトの選択肢となった理由です。一般的な用途において、コンパクトな 80 GHzレーダー式レベル計 は、約±2 mmの精度を提供し、通常のプロセス業務で見られるほとんどのタンクやサイロの高さに対応します。

26 GHzレーダー式レベル計とは？

26 GHzレーダー式レベル計はKバンド（24–26 GHz）で動作し、波長は約11.5 mmです。これは成熟し、長年使用されている技術であり、FMCW方式とパルス方式の両方で利用可能です。この長い波長で特定のビーム角を達成するにはアンテナを物理的に大きくする必要があるため、26 GHzの計器は通常、約80 mmから100 mm以上のサイズのホーンアンテナまたはパラボラドロップアンテナを使用します。標準的な26 GHzホーンは約10°のビーム角を生成しますが、より大きなアンテナを使用することで多少狭めることも可能です。

26 GHzの実用的な強みは、長距離測定とプロセスの堅牢性です。より大きな放射電力と大きなアンテナ開口部を備えた26 GHzユニットは、70–120 mまで確実に測定できるため、非常に高いサイロや大型貯蔵容器の主力製品であり続けています。また、高温や蒸気の多い用途にも適しています。大型の金属製またはPTFE製ホーンアンテナは、アンテナ面の結露滴による影響を受けにくく、低い周波数は蒸気や蒸気による大気減衰の影響も少なくなります。高温用アンテナを備えた26 GHzユニットは、スチームジャケット付きタンク、高温のアスファルト、溶融材料、および同様の過酷な条件において、しばしば第一の選択肢となります。

80 GHz vs 26 GHz：主な違いの概要

以下の表は、プロセスエンジニアが80 GHzと26 GHzのレーダー式レベル計を比較する際に必要となる実用的な違いをまとめたものです。

精度：なぜ 80 GHz は ±2 mm を実現できるのか

2つの周波数の間で最もよく挙げられる違いは測定精度です。高度に設計された 80 GHz FMCW レーダーレベル計は、約 ±2 mm の繰り返し精度を実現しますが、一般的な 26 GHz ユニットの仕様は約 ±10 mm です。その理由は 80 GHz の短い波長にあります。4 mm 近い波長により、レーダーは非常に小さな距離の変化を分解でき、FMCW スイープを微細な周波数分解能で処理できます。このレベルの精度は、取引・検収用の在庫管理、数ミリのレベル変化が実際の体積に影響する小型プロセス・タンク、あるいは製品が高価な場合やレベルがバッチ投下量に直結するアプリケーションにおいて重要となります。

多くの粉体アプリケーションにおいて、26 GHz機器による±10 mmの精度は、それが置き換える代替技術よりもすでに遥かに高精度です。プロセスのニーズが10 mmの精度で満たされ、主な要件が測定範囲や定格温度である場合、実用面で26 GHz機器が劣ることはありません。

指向角とアンテナサイズ：ノズルテスト

指向角は、現場における最も実用的な違いです。80 GHzでは、40 mmのレンズアンテナで約3°のビームを生成します。同等の物理サイズの26 GHzホーンでは、より広く実用的でないビームになるため、26 GHzのアンテナはそれを補うために大きく設計されています。その結果、シンプルな選定ルールが生まれます。ノズルが小さい場合、適合するレーダーは多くの場合80 GHz計器のみとなります。ディスプレーサ式や差圧式の計器用に設計された既存の多くのタンクを含む、DN40またはDN50ノズルを備えた容器では、容器の改造なしで80 GHzのコンパクトな伝送器を設置できます。

狭い3°のビームは、レーダーを容器の壁面ではなく測定物へと正確に向け続けます。内部にラダー、加熱コイル、攪拌機、または梁があるタンクでは、広い26 GHzのビームはそれらの障害物からのエコーを拾ってしまい、より複雑なエコー処理、あるいはスチルウェルが必要になります。80 GHz計器は、その幾何学的形状だけで壁面干渉を大幅に回避します。

粉塵、結露、および蒸気：現場性能

粉塵に関しては、80 GHzが圧倒的に有利です。セメントサイロや小麦粉サイロでは、アンテナと測定物の間の粉塵がレーダー信号を減衰・散乱させます。狭く集中した80 GHzのビームは、エネルギーを維持したまま材料表面に到達し、より強いエコーを返すため、投入中であってもレベル測定値は安定したままです。これが、WELKの セメントサイロ用レーダーレベル計を含む80 GHzモデルが、粉体材料に広く指定される理由です。極端な粉塵やアンテナへの測定物の付着に対しては、アンテナ面を清浄に保つために圧縮空気や窒素を吹き付けるエアパージオプションが利用可能です。この機能は両方の周波数で利用できますが、特に小型の80 GHzレンズで有効です。

結露と蒸気に関しては、26 GHzが適しています。水蒸気は高いマイクロ波周波数をより強く吸収し、小型の80 GHzレンズ上の結露膜はビームを著しく散乱させる可能性があります。26 GHzのホーンアンテナは、より大きな面と低い周波数により、軽い結露の影響を受けにくく、温水タンク、殺菌機、蒸留容器などの蒸気が充満する環境でより信頼性の高い性能を発揮します。プロセスで目に見える蒸気が発生したり、結露を引き起こす急激な温度変化がある場合は、この要因を重視してください。 高温用レーダーレベル計 の26 GHzクラスは、多くの場合、より確実な仕様選定となります。

測定範囲：26 GHzのみが到達可能な場合

26 GHzの最も明確な利点は測定範囲です。ほとんどの80 GHz計器は30～50 mまでが適していますが、大型ホーンやパラボラドロップアンテナを備えた26 GHzユニットは70 m、場合によっては120 mまで対応可能です。非常に高いフライアッシュサイロ、貯炭庫、大型の骨材ビンなどは、80 GHzのレンズで確実にカバーできる範囲を超えることがよくあります。これらの用途には、 長距離サイロ用レーダーレベル計 の26 GHz構成が、実績のある解決策であり続けています。容器の高さが約50 mを超える場合は、精度仕様ではなく、測定範囲定格を基準に選定する必要があります。

比誘電率感度：低・中誘電率測定物

レーダーがエコーを生成するには、測定物表面での誘電率の差が必要です。セメント、プラスチックペレット、小麦粉、フライアッシュなどの粉体・固形物は比誘電率が低く、その表面は凹凸があったり粉塵が舞っていたりすることがあります。80 GHzの短い波長は、これらの低誘電率で微細な粒子の表面からより効率的に反射します。これが、80 GHzレーダーが比誘電率約1.5–1.6までの測定物を測定できる理由の一つです。一方、26 GHzユニットが同じ粉体から安定したエコーを得るには、通常、より良好な表面状態を必要とします。液体の場合、ほとんどの液体は比誘電率が高いため、この違いはそれほど重要ではありません。しかし、粉体においては、80 GHzの周波数の反射効率は真の選定上の利点となります。

価格と所有コスト

近年、価格設定の状況は変化しています。80 GHzの電子部品が標準化され大量生産されるようになったため、80 GHzレーダーレベル計は、主にアンテナが小型で機械設計がシンプルなことから、同等の26 GHzユニットと同等のコスト競争力を持ち、時にはそれよりも安価になることがあります。逆に、26 GHz計器に大型ホーン、長距離構成、または高温用アンテナを指定する必要がある場合、材料費や加工費が加算され、価格差は広がります。大半の新規プロジェクトにおいて、80 GHzはより優れた精度対価格比を提供します。26 GHzがその割高な価格を正当化するのは、測定範囲や蒸気・結露耐性が決定的な要件となる場合に限られます。

80 GHzレーダーレベル計を選択すべきケース

以下の場合に80 GHzを選択してください：

• 在庫管理や注入制御のために、±2 mm以上の高精度が必要な場合。
• ノズルサイズがDN40–DN50であるか、タンクの開口部が物理的に小さい場合。
• 粉塵の多い粉体や、低誘電率の粉体・固形物（セメント、フライアッシュ、小麦粉、プラスチックペレットなど）を測定する場合。
• タンク内部構造物によって偽エコーが発生するため、それらを回避するビームが必要な場合。
• タンクの高さが約30～50 m以内の場合。

コンパクトな 80 GHz レーダー式レベル計 は、ほとんどの新しいタンクやサイロの設置における標準的な選択肢であり、 防爆型レーダー式レベル計 は、危険場所でも同様の性能を発揮します。

26 GHz レーダー式レベル計を選択すべきケース

以下の場合には 26 GHz を選択してください：

• タンクの高さが約50 mを超え、70～120 mの測定範囲が必要な場合。
• プロセスが高温または蒸気が充満しており、アンテナへの結露のリスクがある場合。
• 既設のノズルが大口径（DN80以上）で、最大限の信号強度が必要な場合。
• 測定物の比誘電率が中程度から高いため、反射効率を心配する必要はありません。

非常に高い貯蔵タンク、高温仕様、または蒸気の多いプロセスには、長距離または高温対応の 26 GHz レーダーレベル計が現場で実績のある選択肢です。

選定に影響を与えるその他の機能

どの周波数を選択する場合でも、同様のサポート機能を確認してください。80 GHz および 26 GHz 送信機の両方で、アンテナへの粉塵付着対策用のエアパージ接続、危険場所向けの ATEX および IECEx 防爆ハウジング、PLC や DCS システムとの容易な統合のための標準 4–20 mA / HART または RS-485 / Modbus 出力が利用可能です。配線が困難な遠隔地のタンクファームや移動式貯蔵庫向けには、Wireless-IoT 対応のレーダーレベル計も用意されています。多くのプロジェクトにおいて、これらの機能は周波数と同じくらい重要であり、WELK は全製品ラインナップでこれらを提供しています。

選定方法：実用的な決定ガイド

まず3つの質問から始めましょう。第一に、アンテナフランジから測定が必要な最低レベルまでの最大距離はどのくらいですか？40 m 未満であれば、80 GHz で対応可能です。第二に、ノズルと槽内には何がありますか？DN40–DN50 のノズル、粉塵の多い粉体、または内部障害物がある場合は 80 GHz が適しています。第三に、プロセス条件はどうですか？蒸気、高温、または激しい結露がある場合は 26 GHz が適しています。

精度を優先し、測定範囲が短い場合は 80 GHz を選択してください。測定範囲または蒸気対策を優先する場合は 26 GHz を選択してください。粉塵の多いアプリケーション（例えば サイロの粉体レベル など、WELK が提供する用途）の場合、80 GHz の周波数がほぼ常に最適な出発点となります。迷った場合は、実際の槽のエコープロファイルを確認するようサプライヤーに依頼してください。アプリケーションの検討は、高価な誤選定を避けるための最短ルートです。

FAQ

80 GHz と 26 GHz レーダーレベル送信機の違いは何ですか？

主な違いは、波長、ビーム角、およびアンテナサイズです。80 GHz レーダーは波長が約 3.75 mm、ビーム角が約 3° で、40 mm の小型アンテナに適合し、より高い精度（±2 mm）と、粉塵の多い低誘電率粉体における優れた性能を提供します。26 GHz レーダーは波長が約 11.5 mm、ビーム角が約 10° で、より大きなアンテナが必要ですが、より長い測定範囲（最大 70–120 m）と、高温および蒸気アプリケーションにおける優れた性能を提供します。

80 GHzレーダーは26 GHzレーダーよりも優れていますか？

それはアプリケーションによります。80 GHzレーダーは、高精度、小口径ノズル、粉塵の多いサイロ、および低誘電率の測定物に適しています。26 GHzレーダーは、50 mを超える非常に長い測定範囲や、蒸気やアンテナへの激しい結露が発生するプロセスに適しています。

80 GHzレーダーレベル計はセメントサイロで使用できますか？

はい。80 GHzレーダーレベル計の3°という狭いビーム角は、測定物表面に焦点を合わせ、粉塵を効果的に透過します。そのため、セメントサイロのレベル計測において最適な選択肢の一つとなっており、アンテナを清潔に保つためのエアパージオプションと併用されることが一般的です。

レーダーレベル計にはどのようなビーム角が必要ですか？

クリアなエコーを得るためには、ビームが槽壁に当たることなく測定物表面に到達する必要があります。80 GHzにおける約3°の狭いビームは、内部構造物のある容器を含む、ほとんどのタンクやサイロで良好に機能します。26 GHzの約10°の広いビームは、背の高い空の容器では許容されますが、壁面や内部構造物からの偽エコーが発生しやすくなります。

80 GHzと26 GHzのレーダーレベル計では、どちらが安価ですか？

標準的な用途において、80 GHzレーダーレベル計は通常26 GHzユニットと同等のコスト競争力があり、アンテナが小さいため機械設計が簡素化され、より安価になることも少なくありません。26 GHzユニットは、大型アンテナ、長距離構成、または高温定格が必要な場合に高価になります。

WELKによる無料アプリケーションレビューを受ける

実際の容器でエコーをテストできれば、80 GHzと26 GHzのどちらのレーダーレベル計測を選択すべきかの判断は容易になります。WELKのエンジニアは、タンク、サイロ、粉体・粒体プロセス向けの無料アプリケーションレビューを提供しており、周波数、アンテナタイプ、エアパージ、防爆ハウジング、デジタル出力などのオプションについて誠実なガイダンスを行います。容器の寸法、ノズルサイズ、測定物データをWELKにお送りいただければ、推奨事項と正式なRFQをご提示します。初回から正しく仕様選定された、最適なレーダーレベル計をお届けします。