Temassız Radar Seviye Transmitteri (80 GHz FMCW)

Temassız Radar Seviye Transmitteri Nedir?

Temassız radar seviye transmitteri, tankın üst bağlantısına monte edilen ve ürünle hiçbir fiziksel teması olmayan bir anten üzerinden mikrodalga sinyali gönderen sürekli seviye ölçüm cihazıdır. Sinyal ürün yüzeyinden yansıyarak antene döner; cihaz, gidiş-dönüş süresine karşılık gelen bilgiyi mesafeye, mesafeyi de seviye, boşluk mesafesi veya hacme dönüştürür.

Ölçüm havada ya da tank atmosferinde yayılan elektromanyetik dalgaya dayandığı için ürünün yoğunluğu, viskozitesi, sıcaklığı, basıncı ve pH değeri sonucu etkilemez. Hareketli parça bulunmaması ve üstten montaj, bakım ihtiyacını ve kaçak riskini azaltır. Bu nedenle radar seviye transmitteri; korozif kimyasallardan viskoz ürünlere, açık hava pompa çukurlarından toz yoğun silolara kadar geniş bir uygulama alanında tercih edilir.

Bu sayfada ele alınan cihazlar 80 GHz sınıfında çalışan iki telli FMCW radarlardır. Yüksek frekans, küçük anten boyutlarında dar bir ışın elde edilmesini sağlar; böylece ¾ inçlik dişli bağlantılardan 6 inçlik flanşlara kadar farklı proses bağlantılarında, tank içindeki boru, merdiven ve ısıtma serpantini gibi yapılara rağmen kararlı ölçüm yapılabilir. Ürünün dielektrik sabitinin çok düşük olduğu, iki sıvı arasındaki arayüzün ölçülmesi gereken veya ölçümün dar bir hazne içinde yapılacağı durumlarda ise kılavuzlu dalga radar seviye transmitterleri değerlendirilmelidir.

80 GHz FMCW Radarın Çalışma Prensibi

FMCW radar, darbe göndermek yerine frekansı zamanla doğrusal olarak değişen sürekli bir sinyal kullanır ve mesafeyi zaman farkı yerine frekans farkından hesaplar. Ölçüm zinciri beş adımda özetlenebilir:

1.      Frekans taraması: Transmitter, 77–81 GHz bandında frekansı hızla taranan sürekli bir mikrodalga sinyali üretir ve bunu anten üzerinden ürün yüzeyine gönderir. Maksimum çıkış gücü +5 dBm (3,2 mW) düzeyindedir.

2.      Yüzeyden yansıma: Sinyal, tank atmosferi ile ürün arasındaki dielektrik sabiti farkının oluşturduğu sınırda yansır ve antene geri döner. Yansıma şiddeti ürünün dielektrik sabitine ve yüzeyin durumuna bağlıdır.

3.      Frekans farkının ölçülmesi: Yansıyan sinyal antene ulaştığında verici artık farklı bir frekansta yayın yapmaktadır. Gönderilen ve alınan sinyal arasındaki frekans farkı, sinyalin gidiş-dönüş süresiyle, dolayısıyla yüzeye olan mesafeyle doğru orantılıdır.

4.      Yankı profilinin oluşturulması: Frekans farkları spektral analizle bir yankı profiline dönüştürülür. Yazılım; ürün yüzeyi, tank içi yapılar ve tank tabanından gelen tüm yankıları izler ve gerçek yüzey yankısını bozucu yansımalardan ayırır.

5.      Seviye hesabı ve çıkış: Referans yüksekliğinden yüzey mesafesi çıkarılarak seviye bulunur; gerekiyorsa tank geometrisine göre hacim hesaplanır. Sonuç 2 telli 4–20 mA sinyali ve üzerine bindirilmiş HART dijital verisi olarak kontrol sistemine aktarılır.

Yüksek Frekansın Işın Açısına Etkisi

Belirli bir anten çapında frekans yükseldikçe ışın daralır. 80 GHz sınıfında proses conta anteni ve açık hava lens anteni 8°, 1–1½ inç lens anten 9°, ¾ inç lens anten 12° ışın açısına sahiptir. 8°'lik ışın 10 m mesafede yaklaşık 1,4 m, 30 m mesafede yaklaşık 4,2 m genişliğe ulaşır. Dar ışın, tank duvarından ve iç yapılardan gelen yansımaları azaltır ve küçük nozullardan ölçüm yapılmasını kolaylaştırır.

Yankı Takibi ve Bozucu Yansımaların Ayrıştırılması

Gelişmiş yankı işleme algoritmaları, tank içindeki engellerden gelen sabit yankıları sürekli izleyerek hareketli ürün yüzeyinden ayırır. Bu yaklaşım küçük tanklarda ve hızlı dolan kaplarda da güvenilir ölçüm sağlar. Varsayılan maksimum seviye değişim hızı 40 mm/s'dir ve uygulamaya göre 200 mm/s'ye kadar artırılabilir.

Katı Malzemelerde Ölçümün Özellikleri

Dökme katılarda yüzey düz değildir; malzeme yığılma açısıyla koni oluşturur ve doldurma sırasında toz bulutu meydana gelebilir. Katıların dielektrik sabiti çoğunlukla düşüktür (hafif tozlarda 1,2, plastik granüllerde 1,35, çimento, kum, kireç tozu ve tahıllarda 1,5, talaş ve ahşap pelette 1,7 mertebesinde). Bu nedenle katılarda ulaşılabilecek ölçüm aralığı anten tipine ve ürüne göre 10–30 m arasında değişir; silo çapı, iç engeller, yoğuşma ve anten üzerindeki birikme de aralığı etkiler.

FMCW radar, sinyali düşük güçte ama sürekli yaydığı için enerji verimli bir ölçüm sağlar ve iki telli döngü beslemesiyle çalışabilir. Cihazın işletileceği ülkenin radyo spektrumu düzenlemesine uygun frekans ayarının seçilmesi gerekir.

Öne Çıkan Özellikler

·         İki doğruluk sınıfı: Referans koşullarda standart sınıfta ±2 mm, yüksek doğruluk sınıfında ±1 mm doğruluk; ±0,5 mm tekrarlanabilirlik.

·         Üç farklı anten: Küçük proses bağlantıları için lens anten, ıslak parçaları tamamen PTFE olan proses conta anteni ve açık hava ile basınçsız tanklar için braketle montaj seçenekli lens anten.

·         Sıvı ve katılarda 30 m'ye kadar ölçüm: Sıvılarda maksimum 30 m ölçüm aralığı (¾ inç dişli lens antende 15 m); katılarda ürüne ve antene göre 10–30 m.

·         Bluetooth ile kablosuz erişim: Grafik ekranla birlikte sunulan Bluetooth seçeneği, görüş hattında en az 15 m mesafeden kablosuz yapılandırma ve bakım yapılmasını sağlar.

·         Türkçe dahil çok dilli grafik ekran: Üç satırlı grafik LCD, Türkçe dahil 14 dilde menü sunar; seçilen değişkenler ve NAMUR uyumlu bakım simgeleriyle diagnostik uyarılar gösterilir.

·         Seviye yükseltmeden kanıt testi: Radar sinyaline sanal bir yüzey yankısı eklenerek transmitter çıkışı, alarm limitleri ve konfigürasyon, prosesi durdurmadan ve seviyeyi değiştirmeden test edilebilir.

·         Zamanlanabilir cihaz doğrulaması: Transmitterin bütünlüğünü proses kesintisi olmadan kontrol eden otomatik doğrulama, isteğe bağlı olarak zamanlanabilir ve geçti/kaldı raporu üretir.

·         Kayıt ve diagnostik: Son üç güne ait seviye ve yankı profili kayıtları ile son 50 uyarı cihaz belleğinde saklanır; anten birikmesi ve anormal yüzey koşulları için erken uyarı verilir.

·         Aynı tankta birden fazla cihaz: Aynı tanka monte edilen birden fazla transmitter birbirini etkilemeden çalışabilir; yedekli ölçüm kurguları kolaylaşır.

Anten için hava ile temizleme: Yoğun birikme beklenen uygulamalarda hava bağlantısı ile anten temizlenebilir; proses conta antenleri için yıkama bağlantı halkaları aksesuar olarak sunulur.

Teknik Özellikler

Aşağıdaki değerler bu sayfada ele alınan 80 GHz FMCW temassız radar seviye transmitteri için tipik teknik verilerdir. Basınç ve sıcaklık sınırları anten tipine ve flanş seçimine, ölçüm aralığı ise ürüne ve montaj koşullarına göre değişir; nihai değerler proje aşamasında teyit edilmelidir.

Doğruluk değerleri IEC 60770-1'e göre, kuruluma bağlı sabit sapma hariç verilmiştir. Yakın bölgede ve güçlü tank tabanı yankısına yakın mesafelerde gerçek performans ürün ve uygulama koşullarına bağlıdır.

Başlıca Avantajlar

·         Ürünle temas olmadan ölçüm: Antenin ürüne değmemesi; yapışkan, viskoz veya korozif ürünlerde kirlenme, aşınma ve temizlik ihtiyacını azaltır.

·         Proses değişkenlerinden bağımsızlık: Yoğunluk, viskozite, sıcaklık, basınç ve pH değişimleri ölçümü etkilemez; ürün değiştiğinde yeniden kalibrasyon gerekmez.

·         Küçük bağlantılar ve engelli tanklar: Dar ışın, ¾ inçlik dişli bağlantılardan ölçüme ve iç yapıları bulunan tanklarda bozucu yankıların azaltılmasına imkân tanır.

·         Korozif ortamlarda uzun ömür: Islak parçaları tamamen PTFE olan anten, korozif ortamlar, toz ve yoğun yoğuşma bulunan uygulamalar için uygundur.

·         Güvenli ve hızlı devreye alma: Bluetooth ile tehlikeli bölgeye girmeden yapılandırma, resimli yönergeler ve kullanıcı dostu yazılım arayüzü devreye alma süresini kısaltır.

·         Uzun kanıt testi aralıkları: Uzaktan yapılabilen kanıt testleri ve otomatik doğrulama, güvenlik fonksiyonlarının proses kesintisi olmadan belgelenmesini sağlar.

·         Enerji verimli iki telli yapı: Normal çalışmada 0,8 W'ın altında iç güç tüketimiyle döngü beslemeli olarak çalışır; ek güç kablosu gerekmez.

·         Kestirimci bakım: Anten birikmesi ve sinyal kalitesi uyarıları, bakımın arıza oluşmadan önce planlanmasına yardımcı olur.

Uygulama Alanları

Temassız radar seviye transmitterleri; sıvılar, bulamaçlar ve dökme katılarda sürekli seviye ölçümü için geniş bir proses yelpazesinde kullanılır. Başlıca uygulama tipleri aşağıda özetlenmiştir.

Depolama Tankları

Doğru dolum ve stok seviyelerinin izlenmesi için kullanılır. Çok tanklı sahalarda envanter yönetimi ve sistem düzeyinde ölçüm ihtiyacı varsa tank ölçüm sistemleri ile birlikte değerlendirilmelidir.

Karıştırma ve Proses Tankları

Karıştırma tanklarında yankı takip algoritmaları tank içi yapılardan gelen yansımaları gerçek ürün yüzeyinden ayırarak prosesin kesintisiz izlenmesine yardımcı olur; basınçlı proses kaplarında proses conta ve lens antenler 25 bar'a kadar kullanılabilir.

Korozif ve Yoğuşmalı Ortamlar

Korozif kimyasalların depolandığı veya işlendiği tanklarda ıslak parçaları tamamen PTFE olan proses conta anteni tercih edilir; aynı anten yoğun yoğuşma ve toz içeren atmosferlerde de avantaj sağlar.

Açık Hava Uygulamaları

Pompa çukurları, göletler ve açık kanallarda zorlu yüzey ve hava koşullarına rağmen seviye ölçümü yapılır. Braketle monte edilebilen açık hava lens anteni, açık hava uygulamalarında –40…80 °C sıcaklık aralığında kullanılabilir.

Dökme Katı Siloları

Çimento, kum, kireç tozu, plastik granül, tahıl, kepek, talaş ve ahşap pelet gibi katılarda toz ve düşük yansıtıcılıktan etkilenmeyen ölçüm sağlanır. Katılarda cihazın tank duvarından silo yarıçapının üçte ikisi kadar uzağa monte edilmesi önerilir.

Emniyet Uygulamaları

Taşma önleme, kuru çalışma önleme ve seviye aralığı izleme gibi güvenlik fonksiyonlarında SIL 2 sertifikalı transmitter kullanılabilir; kanıt testleri seviyeyi yükseltmeden yapılabilir.

Radar Seviye Transmitteri Seçiminde Dikkat Edilecek Kriterler

Temassız radarda başarılı ölçüm; anten tipinin, proses bağlantısının ve montaj konumunun uygulamaya göre doğru belirlenmesine bağlıdır. Teknik değerlendirme için aşağıdaki bilgilerin toplanması önerilir:

Proses ve Ürün Koşulları

·         Ölçülecek ürün: sıvı, bulamaç veya katı; katılarda tane yapısı (toz, granül, pelet) ve yaklaşık dielektrik sabiti

·         İstenen ölçüm aralığı ve doğruluk sınıfı (standart ±2 mm veya yüksek doğruluk ±1 mm)

·         Proses sıcaklığı ve basıncı (proses conta ve lens antende –60…200 °C, –1…25 bar)

·         Köpük, türbülans, yoğuşma ve anten üzerinde birikme riski; gerekirse hava ile temizleme ihtiyacı

·         Maksimum dolum ve boşaltma hızı (varsayılan 40 mm/s, 200 mm/s'ye kadar)

Anten ve Proses Bağlantısı

·         Mevcut nozul veya bağlantı ölçüsü: ¾–1½ inç dişli bağlantılar için lens anten, 2–6 inç flanşlar için proses conta anteni

·         Islak malzeme uyumu: tamamen PTFE ıslak parça veya 316/316L gövdeli lens anten

·         Basınçsız veya açık hava uygulamasında braketli açık hava lens anteni

·         Flanş standardı ve basınç sınıfı (ASME Class 150/300, EN 1092-1 PN16/PN40, JIS 10K/20K)

Montaj Konumu ve Nozul

·         Cihaz tank merkezine, dolum akışının üzerine veya yakınına, adam deliği kapağına ya da yan adam deliği kapısının hemen üzerine monte edilmemelidir

·         Tank duvarına mesafe en az 200 mm olmalı; önerilen mesafe sıvılarda tank yarıçapının yarısı, katılarda üçte ikisidir

·         Cihaz dik monte edilmeli, eğim 3°'yi aşmamalıdır

·         Nozul iç yüzeyi düzgün olmalı; nozul yüksekliği çapa göre sınırlıdır (ör. 2 inç nozulda lens antende 200 mm, proses conta anteninde 500 mm)

·         Metal olmayan tanklarda tank dışındaki yakın nesneler ışın dışında tutulmalıdır

Elektrik, Haberleşme ve Güvenlik

·         Besleme gerilimi ve döngü direnci (HART haberleşmesi için en az 250 Ω)

·         Alarm yönü ve seviyeleri (üretici standardı veya NAMUR NE 43)

·         Bluetooth, grafik ekran ve dil gereksinimi

·         Tehlikeli alan sınıflandırması ve gerekli koruma tipi

·         SIL gereksinimi, kanıt testi yöntemi ve doğrulama raporlama ihtiyacı

Yüzey yankısının zayıf kalabileceği yoğun köpüklü uygulamalarda veya yerel görsel gösterge istenen kaplarda farklı ölçüm teknolojileri de karşılaştırılmalıdır. TLY Enerji, bu değerlendirmeyi proses verileri üzerinden birlikte yapar.

Fonksiyonel Güvenlik, Tehlikeli Alan ve Radyo Onayları

Temassız radar seviye transmitteri için sunulan başlıca sertifika, onay ve standart uyumlulukları aşağıda özetlenmiştir. Onay kapsamı seçilen konfigürasyona göre değişir.

Sertifika işaretlemeleri, sıcaklık sınıfları ve güvenlik kılavuzu koşulları proje aşamasında ilgili ürün sertifikalarıyla birlikte TLY Enerji mühendislik ekibi tarafından değerlendirilir.

TLY Enerji Radar Seviye Ölçüm Çözümleri

TLY Enerji, radar seviye ölçümünü tankın kendisiyle birlikte ele alır. Mühendislik ekibimiz; ürünün cinsi ve dielektrik davranışı, tank geometrisi, nozul ölçüleri, iç yapılar, dolum noktaları, köpük ve yoğuşma riski gibi bilgileri değerlendirerek anten tipini, proses bağlantısını ve montaj konumunu belirler. Siloda katı ölçümü, açık hava pompa çukuru veya korozif kimyasal tankı gibi farklı uygulamalar için uygun konfigürasyonu gerekçeleriyle birlikte sunarız.

Tehlikeli alan ve SIL gereksinimlerinin değerlendirilmesi, proje dokümantasyonu, HART üzerinden PLC/DCS/SCADA entegrasyonu, Bluetooth ile yerinde yapılandırma, devreye alma sırasında yankı profili kontrolü ve kanıt testi prosedürlerinin planlanması konularında da müşterilerimize destek veririz. Amacımız, radar ölçümünün ilk günden itibaren doğrulanabilir ve bakımı öngörülebilir bir veri kaynağı olmasıdır.

Sıkça Sorulan Sorular

Radar seviye transmitteri nasıl çalışır?

Temassız radar seviye transmitteri, anteninden ürün yüzeyine mikrodalga sinyali gönderir ve yüzeyden yansıyan sinyali tekrar alır. FMCW tekniğinde sinyalin frekansı sürekli taranır; gönderilen ve alınan sinyal arasındaki frekans farkı yüzeye olan mesafeyle orantılıdır. Cihaz bu mesafeyi referans yükseklikten çıkararak seviyeyi hesaplar ve 4–20 mA/HART sinyali olarak kontrol sistemine iletir.

80 GHz frekansın seviye ölçümüne katkısı nedir?

Yüksek frekans, küçük antenlerle dar bir ışın elde edilmesini sağlar. Bu sayfadaki cihazlarda ışın açısı antene göre 8° ile 12° arasındadır. Dar ışın, tank duvarından, merdiven, boru veya ısıtma serpantini gibi iç yapılardan gelen bozucu yankıları azaltır ve ¾ inç gibi küçük dişli bağlantılardan ölçüm yapılmasına imkân tanır. Uzun ve dar tanklarda da yüzeye odaklanmış bir ölçüm elde edilir.

Temassız radar ile kılavuzlu dalga radar arasında nasıl seçim yapılır?

Ürünle temasın istenmediği, yapışkan veya korozif ürünlerde, prob takılamayacak kadar yüksek tanklarda ve silolarda temassız radar genellikle ilk tercihtir. İki sıvı arasındaki arayüzün ölçülmesi, dielektrik sabitinin çok düşük olması, ölçümün dar bir bypass haznesinde yapılması veya yoğun köpük bulunması durumlarında kılavuzlu dalga radar daha uygun olabilir. Nihai seçim ürün ve tank verilerine göre yapılmalıdır.

Radar seviye transmitteri silolarda katı malzeme ölçebilir mi?

Evet. Cihaz; çimento, kum, kireç tozu, plastik granül, tahıl ve ahşap pelet gibi dökme katılarda toz ve düşük yansıtıcılıktan etkilenmeden ölçüm yapabilir. Ölçüm aralığı antene ve ürüne göre değişir: proses conta anteniyle hafif tozlarda 20 m, granül ve ağır tozlarda 30 m'ye kadar ölçüm önerilir. Silo çapı, yığılma açısı, iç engeller ve anten birikmesi de dikkate alınmalıdır.

Köpük, yoğuşma ve anten birikmesi ölçümü etkiler mi?

Yoğun türbülans, köpük ve yoğuşmanın zayıf yansıtıcı ürünlerle bir araya gelmesi ölçüm aralığını azaltabilir. Yoğun yoğuşma ve toz bulunan uygulamalarda ıslak parçaları tamamen PTFE olan proses conta anteni tercih edilir. Anten üzerinde kalın birikme bekleniyorsa hava ile temizleme bağlantısı kullanılabilir; diagnostik fonksiyonlar birikmeyi erken uyarı olarak bildirir. Yüzey yankısının belirgin şekilde zayıfladığı kaplarda alternatif teknolojiler değerlendirilmelidir.

Açık hava ve basınçsız tanklarda hangi anten kullanılır?

Açık hava ve atmosferik basınçtaki tanklar için tasarlanmış lens anten, 1½ inç BSPP dişli bağlantı ile veya montaj braketiyle kullanılır. Bu anten –1…0,5 bar basınç ve –20…80 °C proses sıcaklığı için uygundur; açık hava uygulamalarında alt sınır –40 °C'dir. Koruma sınıfı IP65 ve NEMA 4X'tir. Pompa çukurları, göletler ve açık kanallar tipik kullanım alanlarıdır.

Bluetooth ile yapılandırma nasıl yapılır?

Bluetooth seçeneği grafik LCD ekranla birlikte sunulur ve cihaza görüş hattında tipik olarak en az 15 m mesafeden kablosuz bağlanmayı sağlar. Böylece yapılandırma, yankı profili incelemesi ve bakım işlemleri, gövde kapağı açılmadan ve tehlikeli bölgeye yaklaşmadan uyumlu yapılandırma araçları üzerinden gerçekleştirilebilir. Erişim mesafesi cihazın yönüne, engellere ve elektromanyetik ortama göre değişebilir.

Radar seviye transmitteri taşma önleme gibi SIL uygulamalarında kullanılabilir mi?

Evet. Cihaz IEC 61508'e göre tek kanallı (HFT=0) mimaride SIL 2, yedekli (HFT=1) mimaride SIL 3 uygulamaları için sertifikalıdır ve SIL 3 sistematik yeteneğe sahiptir. Taşma önleme, kuru çalışma önleme ve seviye aralığı izleme gibi fonksiyonlarda kullanılabilir. Sanal yankı ile yapılan kanıt testi, seviyeyi yükseltmeden ve prosesi durdurmadan kontrol odasından gerçekleştirilebilir.

Tank üzerinde montaj yeri seçilirken nelere dikkat edilmelidir?

Cihaz ürün yüzeyini engelsiz görecek şekilde, tank merkezinden uzakta ve dolum akışının dışında konumlandırılmalıdır. Tank duvarına en az 200 mm mesafe bırakılmalı; sıvılarda tank yarıçapının yarısı, katılarda üçte ikisi kadar mesafe önerilir. Eğim 3°'yi geçmemeli, nozul içi düzgün olmalı ve nozul yüksekliği çapa göre sınırlandırılmalıdır. Aynı tankta birden fazla cihaz birbirini etkilemeden kullanılabilir.