В основе данного метода лежит измерение коэффициента отражения посредством совмещения прямого и отражённого испытательных сигналов [10].
Метод использует излучение сверхчастотных импульсов, проникающих до дна резервуара сквозь заполняющее его вещество. В случае, когда импульс достигнет поверхности вещества, импеданс[1] среды распространения излучения изменяется из-за влияния диэлектрических характеристик содержимого резервуара. Часть сигнала отражается обратно к приёмнику, который с высокой точностью определяет интервал времени между излучённым и отражённым сигналами, анализирует его и указывает уровень вещества в заданных единицах (футах, метрах и др.) [10].
Радарная технология излучения через воздух (микроволновые бесконтактные уровнемеры) базируется на аналогичных принципах измерения, но ложные эхосигналы были и остаются для неё существенной проблемой. При ориентации излучателя радара в направлении дна бункера возникают условия для отражения излучённого сигнала от стенок резервуара и образования паразитных отражённых сигналов, которые должны быть подавлены в приёмнике. Кроме того, зачастую внутри резервуара имеются внутренние препятствия, такие как системы трубопроводов, патрубки, лестницы и т.п., которые способствуют появлению дополнительных паразитных сигналов. Главной причиной возникновения ложных отражений является излучение радарных сигналов в расширенном конусе, т.е. с относительно широкой диаграммой направленности [10].
В методе направленного электромагнитного излучения (рис.4) (микроволновые контактные уровнемеры) радарный луч фокусируется волноводом (зондом) в форме специально сконструированного металлического стержня или троса. Волновод опускается в вещество, уровень которого необходимо определить, и создаёт вдоль своей оси диаграмму направленности излучения цилиндрической формы с относительно небольшим диаметром, предотвращая тем самым рассеивание излучаемого сигнала в резервуаре. Результатом этого являются более высокая надёжность и лучшие рабочие характеристики по сравнению с бесконтактными методами [10].
Конструктивно волновод микроволнового контактного уровнемера может быть выполнен как одинарный стержень (трос), так и сдвоенный трос (рис.5).
Конструкции со сдвоенными стержнями имеют преимущество, заключающееся в том, что электрическое поле сконцентрировано вокруг волновода и поэтому достаточно устойчиво к влиянию со стороны элементов конструкции резервуара.
Проблемы, связанные с налипанием, в гораздо меньшей степени проявляются в случае применения конструкций с одним тросом или стержнем. Однако силовые линии электрического поля одинарного волновода не являются замкнутыми, из-за чего на поле могут оказывать ощутимое влияние внутренние элементы конструкции резервуара [10].
Рис.4. Совмещение излученного и отраженного сигналов при реализации метода направленного электромагнитного излучения.
Рис.5. Микроволновые контактные уровнемеры с волноводами стержневой и коаксиальной конструкции.
Библиографический список
1. Кулаков, М.Н. Технологические измерения и приборы для химических производств / М.Н. Кулаков. – 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974. -464с.
2. Технические средства контроля в системах управления технологическими процессами: учеб. пособие. Ч. 1./ Р.Р. Гареев [и др.]. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2004 - 60с.
3. Приборы измерения и контроля систем управления технологическими процессами: методические указ. К лабораторному практикуму / сост. В.М.Анкудинов; Казан. Гос. технол. ун-т. – Казань, 2002. – 60с.
4. Каминский, М.Л. Монтаж приборов и средств автоматизации / М.Л. Каминский, В.М. Каминский. – Москва: Изд. центр «Академия», 2001. – 304с.: ил.
5. ГОСТ 6616-94. Преобразователи термоэлектрические. Общие технологические условия.– М.: Изд-во стандартов, 1994.
6. ГОСТ 6651-94. Термопреобразователи сопротивления.. Общие технологические требования и методы испытаний.– М.: Изд-во стандартов, 1998.
7.Лапшенков, Г.И. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. Технические средства и лабораторные работы / Г.И. Лапшенков, Л.М. Полоцкий – Москва: Издательство «Химия», 1988. - 288с.
8. Фарзане, Н.Г. Технологические измерения и приборы / Н.Г. Фарзане, Л.В. Ильясов, А.Ю.Азим–Заде – Москва.: Издательство «Высш. шк.», 1989. – 456с.: ил.
9. Вельмогин, А.М. Перспективные направления измерения расхода в нефтегазовом комплексе / А.М. Вельмогин, Д.Л. Ушаков, А.М. Скосарев // Мир измерений. – 2003. – №7. – С.4–13.
10. Жданкин, В.К. Измерение уровня посредством направленного электромагнитного излучения / В.К. Жданкин // СТА. Современные технологии автоматизации. – 2004. – №4. – С. 6–14.
Герке Андрей Романович
Ившин Валерий Петрович
Перухин Марат Юрьевич
Семичёв Сергей Арнольдович
Фафурин Андрей Викторович
Хайрутдинов Айрат Ильдусович
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
[1] Импеданс - полное сопротивление электрической цепи переменному току, обусловленное омическим, индуктивным и емкостным сопротивлением цепи.
