Радарные уровнемеры 80 GHz и 26 GHz: полное сравнение

Если вы выбираете радарный уровнемер для резервуаров, силосов или сыпучих материалов, вопрос частоты возникает в первую очередь: выбрать радарный уровнемер 80 GHz или модель 26 GHz? Ответ редко бывает однозначным — всё зависит от вашего резервуара, материала и условий процесса. В данном руководстве сравниваются две частоты по таким параметрам, как точность, угол луча, размер антенны, работа в условиях пыли и конденсата, диапазон измерения, диэлектрическая чувствительность и цена, чтобы вы могли правильно подобрать прибор с первого раза.

Приборы 80 GHz и 26 GHz используют одни и те же физические принципы. Радарное измерение уровня передает микроволновую энергию к поверхности материала и рассчитывает уровень по эхо-сигналу. Самым распространенным методом сегодня является FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave): трансмиттер излучает непрерывный сигнал, частота которого линейно изменяется во времени, отраженное эхо смешивается с излучаемым сигналом, и полученная разность частот прямо пропорциональна расстоянию до поверхности продукта. FMCW обеспечивает лучшее усреднение сигнала и стабильность по сравнению со старыми импульсными радарами, которые измеряют время прохождения дискретных коротких импульсов. Поскольку практические различия между 80 GHz и 26 GHz сводятся к длине волны, конструкции антенны и выходной мощности, они обеспечивают совершенно разные рабочие характеристики в полевых условиях — именно это поможет вам оценить данная статья.

Что такое радарный уровнемер 80 GHz?

Радарный уровнемер 80 GHz работает в W-диапазоне (обычно 76–81 GHz), где длина волны составляет всего около 3.75 mm. Эта короткая длина волны является источником почти всех преимуществ приборов 80 GHz. Благодаря тому, что антенна на этой частоте имеет малые размеры, производители могут создавать компактные трансмиттеры с линзовой или рупорной антенной 40 mm, которые легко устанавливаются в небольшие технологические патрубки (DN40 или DN50), даже на патрубки под давлением или с высокой температурой, где сверление большого отверстия нецелесообразно.

Короткая длина волны также обеспечивает чрезвычайно узкий луч — около 3° для типичной линзовой антенны. Узкий луч означает, что микроволновая энергия концентрируется на поверхности материала непосредственно под антенной, а не рассеивается по стенкам резервуара. В запыленном силосе такой сфокусированный луч пробивается сквозь облака пыли и возвращает четкое эхо от продукта с гораздо меньшим количеством ложных помех от налипаний на стенках, внутренних конструкций или конусного дна. Именно поэтому класс 80 GHz стал выбором по умолчанию для работы с порошками и сыпучими материалами в производстве цемента, летучей золы, пластмасс, пищевых продуктов и на химических заводах. Для типичного применения компактный радарный уровнемер 80 GHz обеспечивает точность около ±2 mm и подходит для большинства высот резервуаров и силосов, встречающихся в обычных технологических процессах.

Что такое радарный уровнемер 26 GHz?

Радарный уровнемер 26 GHz работает в K-диапазоне (24–26 GHz) с длиной волны примерно 11.5 mm. Это зрелая, давно зарекомендовавшая себя технология, доступная как в FMCW, так и в импульсном исполнении. Поскольку антенна должна быть физически больше для достижения определенного угла луча при такой большой длине волны, приборы 26 GHz обычно используют рупорные или параболические антенны размером от 80 mm до 100 mm и более. Стандартный рупор 26 GHz обеспечивает угол луча примерно 10°, хотя антенны большего размера могут его несколько сузить.

Практическими преимуществами 26 GHz являются большой диапазон измерения и надежность в сложных процессах. Благодаря большей излучаемой мощности и большей апертуре антенны, устройства 26 GHz могут надежно измерять уровень на расстоянии 70–120 m, поэтому они остаются основной «рабочей лошадкой» для очень высоких силосов и крупных хранилищ. Они также лучше справляются с высокотемпературными применениями и средами с большим количеством пара: крупные металлические или PTFE рупорные антенны меньше подвержены влиянию капель конденсата на поверхности антенны, а более низкая частота меньше страдает от атмосферного затухания в паре. Устройство 26 GHz с высокотемпературной антенной часто является оптимальным выбором для резервуаров с паровой рубашкой, горячего битума, расплавленных материалов и аналогичных суровых условий.

80 GHz против 26 GHz: основные различия

В таблице ниже обобщены практические различия, которые необходимо знать инженеру-технологу при сравнении радарных уровнемеров 80 GHz и 26 GHz.

Точность: почему 80 GHz достигает ±2 mm

Наиболее часто упоминаемое различие между двумя частотами — это точность измерения. Качественно спроектированный радарный уровнемер FMCW 80 GHz обеспечивает повторяемую точность около ±2 mm, в то время как типичный прибор 26 GHz имеет заявленную точность примерно ±10 mm. Причина кроется в малой длине волны 80 GHz: при длине волны около 4 mm радар фиксирует гораздо меньшие изменения расстояния, а развертка FMCW может быть обработана с высоким частотным разрешением. Такой уровень точности важен для коммерческого учета, в небольших технологических емкостях, где изменение уровня на несколько миллиметров означает реальный объем, а также в тех случаях, когда продукт дорогой или когда уровень напрямую связан с дозированием партий.

Для многих задач по измерению сыпучих материалов погрешность ±10 mm у прибора 26 GHz уже гораздо выше, чем у альтернативных технологий, которые он заменяет. Если точность 10 mm удовлетворяет вашим технологическим потребностям, а основными требованиями являются диапазон или температурный режим, то устройство 26 GHz на практике ни в чем не уступает.

Угол луча и размер антенны: испытание патрубком

Угол луча — это самое существенное практическое различие в полевых условиях. На частоте 80 GHz линзовая антенна 40 mm формирует луч примерно 3°; рупорная антенна 26 GHz аналогичного размера создавала бы гораздо более широкий и менее эффективный луч, поэтому антенны 26 GHz делают больше для компенсации. Следствием является простое правило выбора: если у вас узкий патрубок, прибор 80 GHz часто оказывается единственным подходящим радаром. Емкости с патрубками DN40 или DN50, включая многие существующие резервуары, рассчитанные на буйковые уровнемеры или датчики перепада давления, могут быть оснащены компактным преобразователем 80 GHz без модификации емкости.

Узкий луч 3° также позволяет радару быть направленным на продукт, а не на стенку емкости. В резервуаре с внутренними лестницами, змеевиками обогрева, мешалками или балками широкий луч 26 GHz улавливает эхо-сигналы от этих препятствий, что требует более сложной обработки сигнала или установки успокоительной трубы. Прибор 80 GHz в значительной степени избегает помех от стенок только за счет своей геометрии.

Пыль, конденсат и пар: работа в полевых условиях

Пыль — это область, где 80 GHz одерживает решительную победу. В силосах для цемента или муки пыль между антенной и продуктом ослабляет и рассеивает радарный сигнал. Узкий, концентрированный луч 80 GHz достигает поверхности материала, сохраняя больше энергии, и возвращает более сильный эхо-сигнал, поэтому показания уровня остаются стабильными даже во время активного заполнения. Именно поэтому модели 80 GHz, включая WELK радарный уровнемер для цементных силосов, широко применяются для порошкообразных материалов. При экстремальной запыленности и налипании продукта на антенну опция обдува воздухом позволяет подавать сжатый воздух или азот на поверхность антенны для поддержания ее чистоты — эта функция доступна для обеих частот, но особенно полезна для небольших линз 80 GHz.

Конденсат и пар являются преимуществом для 26 GHz. Водяной пар сильнее поглощает высокие микроволновые частоты, а пленка конденсата на маленькой линзе 80 GHz может заметно рассеивать луч. Рупорная антенна 26 GHz с ее большей поверхностью и более низкой частотой устойчива к легкому конденсату и работает более надежно в средах с паром, таких как баки с горячей водой, стерилизаторы и дистилляционные колонны. Если в вашем техпроцессе наблюдается видимый пар или резкие перепады температуры, вызывающие конденсацию, уделите этому фактору особое внимание — высокотемпературный радарный уровнемер класса 26 GHz часто является более надежным выбором.

Диапазон измерения: когда достижим только с 26 GHz

Диапазон измерения — самое явное преимущество 26 GHz. В то время как большинство приборов 80 GHz стабильно работают на расстоянии 30–50 m, устройства 26 GHz с большими рупорными или параболическими антеннами рассчитаны на 70 m, а в некоторых случаях — до 120 m. Очень высокие силосы для летучей золы, склады хранения угля и большие бункеры для инертных материалов часто превышают возможности надежного покрытия линзы 80 GHz. Для таких задач радарный уровнемер для силосов большой дальности в конфигурации 26 GHz остается проверенным решением. Если высота вашего резервуара превышает 50 m, определяющим фактором при выборе должен стать номинальный диапазон измерения, а не точность.

Чувствительность к диэлектрической проницаемости: материалы с низкой и средней диэлектрической проницаемостью

Радару необходим диэлектрический контраст на поверхности материала для формирования эха. Сыпучие материалы, такие как цемент, пластиковые гранулы, мука и летучая зола, имеют низкую диэлектрическую проницаемость, а их поверхность может быть неровной или запыленной. Короткая длина волны 80 GHz эффективнее отражается от таких мелкодисперсных поверхностей с низкой диэлектрической проницаемостью. Это одна из причин, по которой радары 80 GHz могут измерять материалы с диэлектрической проницаемостью примерно до 1.5–1.6, в то время как устройству 26 GHz обычно требуются более благоприятные условия поверхности для получения стабильного эха от того же порошка. Для жидкостей это различие менее существенно, так как большинство жидкостей имеют более высокую диэлектрическую проницаемость; но для порошков эффективность отражения на частоте 80 GHz является реальным преимуществом при выборе.

Цена и стоимость владения

Ценовое позиционирование изменилось в последние годы. Поскольку электроника 80 GHz стала стандартной и массовой, радарный уровнемер 80 GHz часто конкурентоспособен по цене — а иногда и дешевле — эквивалентного устройства 26 GHz, главным образом потому, что антенна мала, а механическая конструкция проста. Разрыв в стоимости увеличивается в другую сторону, когда прибор 26 GHz должен быть оснащен большим рупором, конфигурацией для большой дальности или высокотемпературной антенной, что увеличивает затраты на материалы и механическую обработку. Для большинства новых проектов 80 GHz обеспечивает лучшее соотношение точности и цены; 26 GHz оправдывает свою более высокую стоимость там, где решающим требованием является диапазон измерения или устойчивость к пару и конденсату.

Когда выбирать радарный уровнемер 80 GHz

Выбирайте 80 GHz, если:

• Вам нужна высокая точность — ±2 mm или выше для коммерческого учета или контроля дозирования.
• Ваш патрубок имеет размер DN40–DN50 или отверстие в резервуаре физически мало.
• Вы измеряете запыленные порошки или сыпучие материалы с низкой диэлектрической проницаемостью: цемент, летучую золу, муку, пластиковые гранулы.
• Внутренние элементы резервуара создают ложные эхо-сигналы, и вам нужен луч, который позволит их избежать.
• Высота вашего резервуара составляет примерно 30–50 м.

Компактный радарный уровнемер 80 GHz является стандартным выбором для большинства новых установок в резервуарах и силосах, а взрывозащищенный радарный уровнемер обеспечивает те же рабочие характеристики в опасных зонах.

Когда выбирать радарный уровнемер 26 GHz

Выбирайте 26 GHz, когда:

• Ваш резервуар выше 50 м и требуется диапазон измерения 70–120 м.
• Технологический процесс характеризуется высокой температурой или наличием пара, и существует реальный риск образования конденсата на антенне.
• У вас уже есть большой патрубок (DN80 или больше) и вам нужна максимальная сила сигнала.
• Ваш материал имеет диэлектрическую проницаемость от умеренной до высокой, поэтому эффективность отражения не является проблемой.

Для очень высоких резервуаров, высокотемпературных условий или процессов с интенсивным парообразованием проверенным решением является дальномерный или высокотемпературный радарный уровнемер 26 GHz.

Дополнительные характеристики, влияющие на ваш выбор

Какую бы частоту вы ни выбрали, обратите внимание на сопутствующие возможности. Передатчики 80 GHz и 26 GHz доступны с патрубками для обдува воздухом при запылении антенны, взрывозащищенными корпусами ATEX и IECEx для опасных зон, а также стандартными выходами 4–20 mA / HART или RS-485 / Modbus для прямой интеграции с системами ПЛК и РСУ. Радарные уровнемеры с поддержкой Wireless-IoT также доступны там, где прокладка кабеля нецелесообразна, например, на удаленных резервуарных парках и мобильных хранилищах. Эти характеристики важны не меньше частоты во многих проектах, и WELK предлагает их во всей линейке продукции.

Как выбрать: практическое руководство по принятию решения

Начните с трех вопросов. Во-первых, каково максимальное расстояние от фланца антенны до самого низкого уровня, который необходимо измерить? Если оно менее 40 m, 80 GHz справится с задачей. Во-вторых, что находится в патрубке и емкости? Патрубок DN40–DN50, пыльный порошок или внутренние препятствия указывают на 80 GHz. В-третьих, каковы условия процесса? Пар, высокая температура или сильная конденсация указывают на 26 GHz.

Если приоритетом является точность, а диапазон невелик, выбирайте 80 GHz. Если приоритетом является диапазон или наличие пара, выбирайте 26 GHz. Если ваше применение связано с сильным запылением — как, например, измерение уровня порошка в силосе , которые поставляет WELK — частота 80 GHz почти всегда является правильной отправной точкой. В случае сомнений попросите поставщика проверить эхо-профиль вашей реальной емкости; анализ применения — самый быстрый способ избежать дорогостоящей ошибки.

FAQ

В чем разница между радарными уровнемерами 80 GHz и 26 GHz?

Основными отличиями являются длина волны, угол луча и размер антенны. Радар 80 GHz имеет длину волны около 3.75 mm, угол луча примерно 3° и оснащается компактной антенной 40 mm, что обеспечивает более высокую точность (±2 mm) и лучшие характеристики при работе с пыльными порошками с низкой диэлектрической проницаемостью. Радар 26 GHz имеет длину волны около 11.5 mm, угол луча около 10° и требует антенны большего размера, но обеспечивает больший диапазон (до 70–120 m) и лучшие характеристики в условиях высоких температур и пара.

Радар 80 ГГц лучше, чем радар 26 ГГц?

Это зависит от применения. Радар 80 ГГц лучше подходит для высокой точности, малых патрубков, запыленных силосов и материалов с низкой диэлектрической проницаемостью. Радар 26 ГГц лучше подходит для очень больших диапазонов свыше 50 m и для процессов с паром или сильным конденсатом на антенне.

Может ли радарный уровнемер 80 ГГц работать на цементном силосе?

Да. Узкий луч 3° радарного уровнемера 80 ГГц фокусируется на поверхности продукта и эффективно проникает сквозь пыль, что делает его одним из лучших вариантов для измерения уровня в цементных силосах, часто с опцией обдува воздухом для поддержания чистоты антенны.

Какой угол луча мне нужен для радарного уровнемера?

Для получения чистого эхо-сигнала луч должен попадать на поверхность материала, не задевая стенки емкости. Узкий луч около 3° на частоте 80 ГГц хорошо работает в большинстве резервуаров и силосов, включая емкости с внутренними конструкциями. Более широкий луч 26 ГГц около 10° допустим в высоких пустых емкостях, но он более склонен к ложным эхо-сигналам от стенок и внутренних элементов.

Что дешевле: радарный уровнемер 80 ГГц или 26 ГГц?

Радарный уровнемер 80 ГГц обычно конкурентоспособен по цене с прибором 26 ГГц для стандартных применений и часто дешевле, так как малая антенна упрощает механическую конструкцию. Прибор 26 ГГц становится дороже, когда требуется большая антенна, конфигурация для большого диапазона или высокотемпературное исполнение.

Получите бесплатный анализ вашего применения от WELK

Выбор между радарным измерением уровня 80 ГГц и 26 ГГц становится проще, когда вы можете проверить эхо-сигнал на вашем реальном резервуаре. Инженеры WELK проводят бесплатный анализ применения для резервуаров, силосов и процессов с сыпучими материалами, предоставляя честные рекомендации по частоте, типу антенны и таким опциям, как обдув воздухом, взрывозащищенные корпуса и цифровые выходы. Отправьте WELK размеры вашей емкости, размер патрубка и данные о материале для получения рекомендации и официального RFQ — подходящий радарный уровнемер, правильно подобранный с первого раза.