ЖУРНАЛ «СТА» №4/2004

проницаемостью. Инженерытехноло- ги, имеющие дело с расплавленной се- рой, жидким аммиаком, нефтепродук- тами и многими другими веществами, измерение уровня которых традицион- но считалось трудной задачей, высоко оценивают возможности современных микроволновых контактных уровнеме- ров, а также простоту их комплексиро- вания с большинством цифровых ком- муникационных протоколов для полу- чения данных о степени наполнения цистерн, бункеров, смесительных бас- сейнов и резервуаров. Вначале рассмотрим особенности метода направленного электромагнит- ного излучения, сравним микроволно- вые контактные уровнемеры со средст- вами контроля уровня, тоже основан- ными на измерении времени прохож- дения отражённого сигнала, такими как радарные с излучением через воз- дух (микроволновые бесконтактные) и ультразвуковые, а затем ознакомим чи- тателей с некоторыми рекомендация- ми по применению микроволновых контактных уровнемеров. М ЕТОД НАПРАВЛЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В основе данного метода лежит изме- рение коэффициента отражения по- средством совмещения прямого и от- ражённого испытательных сигналов (timedomain reflectometry). Метод ис- пользует излучение сверхвысокочас- тотных импульсов, проникающих до дна резервуара сквозь заполняющее его вещество. В случае, когда импульс до- стигает поверхности вещества, импе- данс среды распространения излучения изменяется изза влияния диэлектрических характери- стик содержимого резервуа- ра. Часть сигнала отражается обратно к приёмнику, кото- рый с высокой точностью определяет интервал време- ни между излучённым и от- ражённым сигналами (рис. 1), анализирует его и указывает уровень вещества в заданных единицах (футах, метрах и др.). Радарная технология из- лучения через воздух (мик- роволновые бесконтактные уровнемеры) базируется на аналогичных принципах из- мерения, но ложные эхосигналы были и остают- ся для неё существенной проблемой. При ориента- ции излучателя радара в на- правлении дна бункера воз- никают условия для отраже- ния излучённого сигнала от стенок ре- зервуара и образования паразитных от- ражённых сигналов, которые должны быть подавлены в приёмнике. Кроме того, зачастую внутри резервуара име- ются внутренние препятствия, такие как системы трубопроводов, патрубки, лестницы и т.п., которые способствуют появлению дополнительных паразит- ных сигналов. Главной причиной воз- никновения ложных отражений явля- ется излучение радарных сигналов в расширенном конусе, то есть с относи- тельно широкой диаграммой направ- ленности. Подобная проблема сущест- вует и для ультразвуковых уровнеме- ров, причём углы расхождения до 20° являются для них вполне обычными. В методе направленного электромаг- нитного излучения (микроволновые контактные уровнемеры) радарный луч фокусируется волноводом (зондом) в форме специально сконструированно- го металлического стержня или троса. Волновод опускается в вещество, уро- вень которого необходимо определить, и создаёт вдоль своей оси диаграмму направленности излучения цилиндри- ческой формы с относительно неболь- шим диаметром, предотвращая тем са- мым рассеивание излучаемого сигнала в резервуаре. Результатом этого явля- ются более высокая надёжность и луч- шие рабочие характеристики по срав- нению с бесконтактными методами. К тому же нет необходимости настраи- вать уровнемер для игнорирования ложных показаний от сте- нок резервуара. Конструктивно волновод микроволнового контактно- го уровнемера может быть выполнен как одинарный стержень или трос (кабель), сдвоенный стержень или трос (рис. 2), стержень в трубе (коаксиальная труба). Конструкции со сдвоен- ными стержнями или троса- ми имеют преимущество, за- ключающееся в том, что электрическое поле сконцен- трировано вокруг волновода и поэтому достаточно устой- чиво к влиянию со стороны элементов конструкции ре- зервуара (рис. 3). Однако уровнемеры с зондом из сдвоенных стержней чувст- вительны к налипанию кон- тролируемых веществ между стержнями, следствием кото- рого может быть появление в процессе измерения паразитных эхосигналов. Конструкции с коаксиальной трубой то- же чувствительны к эффекту налипания и, как правило, даже в большей степени, только критичной зоной для них являет- ся пространство внутри коаксиальной трубы. В силу этого уровнемеры с коак- сиальной трубой используются исклю- чительно с жидкостями, а уровнемеры со сдвоенными стержнями используют- ся преимущественно с жидкостями. Проблемы, связанные с налипанием, в гораздо меньшей степени проявляют- ся в случае применения конструкций с одним стержнем или тросом. Однако силовые линии электрического поля одинарного волновода не являются замкнутыми (рис. 4), изза чего на поле могут оказывать ощутимое влияние внутренние элементы конструкции ре- зервуара. По этой причине волновод должен быть установлен на расстоянии не менее 300 мм от стенок резервуара или любых других элементов его кон- струкции. В противном случае созда- ются условия для возникновения пара- зитных эхосигналов. Для измерения уровня порошкооб- разных, гранулированных и сыпучих материалов применение уровнемеров с зондом из одинарного троса является более предпочтительным, чем исполь- зование уровнемеров с зондом из сдво- енного троса. Применительно к сыпучим материа- лам можно утверждать, что метод на- ОБ ЗО Р / АППА РАТ НЫ Е С Р Е Д С Т В А 7 СТА 4/2004 www.cta.ru Микроволновый уровнемер Волновод (зонд) Верхняя зона блокирования («слепая» зона) Диапазон измерения Нижняя зона блокирования Совмещение полученного и отраженного сигналов Излученный импульс Отражение t Рис. 1. Совмещение излучённого и отражённого сигналов при реализации метода направленного электромагнитного излучения Рис. 2. Микроволновые контактные уровнемеры с волноводами стержневой и коаксиальной конструкции