Принцип действия волноводных уровнемеров

Принцип действия волноводных уровнемеров, основанный на описанной выше технологии TDR — рефлектометрии с временным разрешением (TDR — Time Domain Reflecto metry), состоит в следующем (рис. 6.8).

Рис. 6.8. К принципу действия волноводного уровнемера

Микроволновые наносекундные радарные импульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в контролируемую среду. Когда радарный импульс достигает поверхности контролируемой среды с более высоким значением диэлектрической проницаемости, за счет изменения импеданса среды часть энергии импульса отражается в обратном направлении. Разница во времени между моментом передачи радарного импульса и моментом приема эхо-сигнала пропорциональна расстоянию, согласно которому рассчитывается уровень жидкости (или уровень границы раздела двух сред). Быстродействующая схема с высокой точностью измеряет время прихода отраженного импульса, обеспечивая точное измерение уровня жидкости в резервуаре. На рис. 6.8 значение угла а на диаграмме в координатах «/ — t» — это характеристика скорости распространения радиоимпульса в соответствующей среде, в данном случае — в газовой. Диаграмма, выполненная в такой форме, позволяет наглядно представить формирование временных интервалов в зависимости от уровня контролируемых сред и скорости распространения радарных импульсов в этих средах. Скорость радарных импульсов в средах с диэлектрической проницаемостью е > 1 уменьшается обратно пропорционально корню квадратному от диэлектрической проницаемости контролируемой среды. В этом случае угол наклона «линии скорости» для контролируемой среды а_ср<�ао.

Следует отметить, что и интенсивность отраженного эхо-сигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше коэффициент диэлектрической проницаемости, тем выше интенсивность отраженного сигнала. Для справки: относительная диэлектрическая проницаемость воздуха ?,. = 1, воды — ?,. = 80 и для нефти — ?, — = 2ч- 2,4. Отражательная способность воды и нефти разная и составляет соответственно 80% и 2,5%.

В волноводных уровнемерах, для расширения функциональности, для повышения метрологических и эксплуатационных параметров, могут быть использованы, в том или ином сочетаниях, следующие дополнительные технологии, принципы и конструкторские решения.

Технология автоматического управления усилением (Automatic Gain Control), позволяет автоматически регулировать уровень сигнала для обеспечения наилучшего качества измерений. Эта технология позволяет выделить слабый сигнал от сред с малой диэлектрической проницаемостью, что улучшает отношение сигнал/шум и позволяет повысить надежность измерений.

Технология прямого переключения (DST).

Запатентованная (Rosemount 5300) технология DST обеспечивает лучшие рабочие характеристики уровнемеров. Она представляет собой использование быстродействующего переключения для передачи сигналов между излучателем и приемником, что минимизирует потери сигнала и приводит к лучшему отношению сигнал/шум и улучшенной способности уменьшения влияния мешающих факторов. Данная технология также дает возможность увеличить диапазон измерений (до 50 м) и производить измерения сред с низкой отражающей способностью (при значении диэлектрической постоянной от ?<1,4−1,6) даже при использовании однопроводного зонда.