Радарный уровнемер – средство измерения или устройство мониторинга уровня?
ГК «ЭлМетро», работая второй десяток лет на рынке нефтегазовой и энергетической промышленности, постоянно сталкивалась «на местах» с уровнемерами различных принципов действий и назначений. И действительно рынок уровнемеров довольно широк и затрагивает не только прописанные выше отрасли.
Так как ГК «ЭлМетро» является не только производителем и поставщиком ЭЛектронного и МЕТРОлогического оборудования, но и является разработчиком этих продуктов, мы поставили перед собой задачу изучить рынок, а в дальнейшем уже быть представленными на нем собственной разработкой. В ходе маркетингового анализа были изучены следующие виды уровнемеров: гидростатические, магнитострикционные, ультразвуковые, буйковые, бесконтактные радарные и волноводные радарные, емкостные, герконовые.
Определив специфику применения для нефтегазовой и энергетической отрасли, были определены следующие плюсы и минусы:
Итак, опираясь на результаты маркетингового анализа, был сформирован вектор на развитие радарных уровнемеров, причем мы не стали ограничиваться одним из, а начали параллельную разработку бесконтактного и волноводного радарного типов уровнемеров. И вот, спустя чуть больше двух лет мы начинаем выпускать радарные уровнемеры ЭЛМЕТРО-РПУ и планируем к середине следующего года вывести на рынок микроволновые волноводные уровнемеры. Хотелось бы отметить, что выпускаем мы не сырой «спроектированный» продукт, а уровнемер, технологии которого проработаны с научно-исследовательскими институтами, уровнемер, прошедший около 10 опытно-промышленных эксплуатаций на реальных объектах и лабораториях. А также мы являемся разработчиками и производителями стендов поверки уровнемеров, которые уже безусловно стали еще одной визитной карточкой нашей компании и применяются практически во всех ЦСМ. Такой опыт и возможности для испытаний помог нам изучить преимущества и недочеты практически всех вышеперечисленных типов, представленных на рынке уровнемеров, работая с ними на поверочных стендах.
Итак, почему радарный уровнемер и что он, собственно, может?
Чтобы понять предназначение радарного уровнемера ЭЛМЕТРО-РПУ, самое простое – это изучить принцип его действия. Данный прибор является бесконтактным радарным преобразователем уровня, использующим технологию непрерывного излучения с линейной частотной модуляцией (FMCW – Frequency-Modulated Continuous Wave). Через антенну ЭЛМЕТРО-РПУ излучается высокочастотный непрерывный сигнал с пилообразно изменяющейся частотой (рис. 1).
Рис. 1. Принцип работы бесконтактного радарного уровнемера ЭЛМЕТРО-РПУ
Излученный сигнал отражается от поверхности продукта и принимается антенной. По разнице частот излученного и принятого сигналов (Δf), подвергнутому спектральному анализу, с выделением информативных откликов, отличающих отражение радиоволны от продукта от прочих помех – определяется время задержки отраженного сигнала (τ), а следовательно, и расстояние, пройденное радиоволной. На основе полученного расстояния до поверхности продукта вычисляется уровень в емкости.
Исходя из вышенаписанного можно сделать вывод, что уровнемер подходит для измерения любых жидкостей, так как измерения не зависят от свойств среды, таких как давление, температура. Низкая диэлектрическая проницаемость продукта также мало влияет на результаты измерения. Также ввиду отсутствия прямого контакта с измеряемым продуктом ему не страшны парение, пенообразование, налипания, химическая агрессивность измеряемой среды. Кто-то скажет или подумает, что это бахвальство и не все так уж и хорошо у микроволновых радарных уровнемеров с измерением, например, пенообразующих или парящих жидкостей, а конденсация химических растворов на антенне съедает ее. В общем случае это конечно же правда.
НО:
① Радарные уровнемеры бывают импульсными и непрерывного излучения с частотной модуляцией (FMCW). Импульсные радарные уровнемеры излучают сигнал в импульсном (кратковременное излучение через равный промежуток времени) режиме. Уровнемеры FMCW излучают постоянный непрерывный линейно частотно модулированный сигнал, и, в то же время, принимают отраженный сигнал, при этом, частота радиосигнала постоянно изменяется во времени по линейному закону. Используя в своих уровнемерах ЭЛМЕТРО-РПУ второй вариант (FMCW) как раз решает проблемы парения, а также дает возможность измерять уровень с большей точностью.
② Использование мощных процессоров и гибких алгоритмов фильтрации эхо-сигнала в наших уровнемерах позволило анализировать все возвращенные сигналы и выбирать из них полезные, т. е. при возвращении сигнала от пены, лестницы или вала «мешалки», уровнемер способен их игнорировать и показывать достоверные показания уровня. На всякий случай скажу, что серийный уровнемер в стандартной заводской комплектации не придет сразу «такой умный» и не начнет выкидывать из измерений лишние шумы и ложные эхо, всему этому его нужно научить в реальной эксплуатации, но не которые из алгоритмов работы, такие как «наличие пены», «волны на поверхности», «измерение в трубе» предустановлены в стандартные настройки уровнемера.
③ Проблему конденсатообразования или загрязнения антенны химически агрессивными или налипающими продуктами микропроцессорами уже, к сожалению, не решить, потому конструкторами ЭлМетро было принято решение создание 3-х типов антенн: рупорные, линзовые и штыревые. Каждый из типов антенн (см. рис. 2) имеет свои преимущества и недостатки: рупорная, например, лишена недостатка конденсатообразования и применяется для высоких давлений, а штыревая выполнена из фторопластов и может иметь форму обратного конуса или каплевидной, что обеспечивает самостекание брызгающего продукта.
Рис. 2. Внешний вид и разновидности уровнемеров ЭЛМЕТРО-РПУ
Раз уж упомянута возможность измерения с большей точностью, то не далеко уходя необходимо сообщить, что уровнемер успешно прошел сертификационные испытания и на данный момент проходит регистрацию в Государственном реестре средств измерений, в котором его метрологические характеристики подтверждены пределами абсолютной погрешности измерения уровня ±10 / ±5 / ±3 / ±1 мм. Много это или мало – вопрос риторический, почему в теме статьи он и задет. На самом деле на рынке радарных уровнемеров ±3 / ±1 мм достойные показатели, которыми не каждый производитель может похвастаться, что однозначно может претендовать на звание средства измерения для коммерческого учета. С другой стороны, если учитывать дорогостоящие нефтепродукты в танкерах диаметрами 20-30 м, то перспектива даже ±1 мм приводит к погрешности 200-400 кг, что, согласитесь, совсем не мало.
Но с чистыми светлыми нефтепродуктами могут справиться и другие типы уровнемеров, мы же считаем, что ключевой «фишкой» радарных уровнемеров является возможность измерения уровня вязких и тяжелых сред, как, например, темные нефтепродукты (мазуты, битумы, вакуумные газойли). Такие популярные уровнемеры, как магнитострикционные здесь уже не справятся, так как шток уровнемера обрастет примесями и поплавок просто перестанет перемещаться.
Не забудем сказать, что радарные уровнемеры способны измерять уровень и сыпучих продуктов, однако, здесь уже появляются ограничения по диэлектрической проницаемости продукта и уровень таких сред как высушенные опилки или ПЭТ-гранулы измерить уже не получится.
Живя в век высоких технологий, при выпуске уровнемера на рынок мы просто не могли не заложить в него несколько полезных «изюминок»:
① Встроенный цифровой инклинометр – модуль безусловно полезный и по-нашему мнению просто необходимый. Во-первых, при монтаже позволяет правильно установить уровнемер, чтобы ось уровнемера была перпендикулярна монтажной поверхности. Во-вторых, если уровнемер ставится на емкость подвижную, например, плавучий танк или АТЗ, или, где невозможно выполнить правильный монтаж, ввиду, например, неправильно установленного патрубка или не горизонтальной поверхности установки (крышки емкости), использование цифрового инклинометра позволяет компенсировать погрешность неправильного закрепления. В-третьих, при измерении сыпучих продуктов, поверхность которых имеет и выступы, и впадины, в зависимости от места наполнения и опорожнения емкости, можно наоборот задать в проекте или при монтаже необходимый наклон оси излучения, в чем поможет и следующая опция.
② Возможность конфигурации уровнемера по Bluetooth – согласитесь, не всегда можно сконфигурировать прибор или внести изменения в конфигурацию, провести диагностику сидя в кабинете, и зачастую специалистам КИПиА и АСУ приходится подключаться к приборам на месте эксплуатации. А уровнемеры, как правило, стоят на емкостях, высота которых может достигать высоты многоэтажного дома. Также во взрывоопасных зонах открыть крышку прибора для подключения к нему просто невозможно. Подключение же Bluetooth упрощает конфигурацию уровнемера, так как Bluetooth сейчас присутствует чуть ли не на каждом ноутбуке и точно на каждом смартфоне (в т. ч. во взрывозащищенных моделях смартфонов и планшетов), приложение для которых на данный момент интенсивно разрабатывается и скоро будет доступно в PlayMarket и AppStore.
③ Вычисление объема и массы – так как уровнемер измеряет расстояние от него до поверхности продукта, а параметры емкости и плотность измеряемого вещества заранее известны, то введя данные о резервуаре в соответствующие параметры в конфигурации уровнемера выходной сигнал можно преобразовать не только в миллиметры расстояния до поверхности или уровень продукта в нем, но и сразу значения объема или массы измеряемого продукта.
Описывать подробно все технические характеристики уровнемера нет необходимости, ведь если прибор для Вас интересен, вы всегда сможете ознакомиться с его характеристиками и документацией на сайте, сканировав данный QR-код (рис. 3).
Рис. 3. QR-код на технические характеристики уровнемера на сайте компании
Если технических возможностей уровнемера оказалось недостаточно для техпроцессов на Вашем предприятии, то наверняка выход микроимпульсного волноводного уровнемера сполна это компенсирует, не пропустите новинку…
Статья в формате pdf →
-
454014, Челябинск,Комсомольский пр., д. 60Б
- ☎ 8 800 222-14-19
- info@elmetro.ru
- elmetro.ru
