Dodatkowo opróżnianiu zbiornika towarzyszy powstawanie leja, napełniane natomiast wiąże się z bardzo stromymi stożkami materiału, co w naturalny sposób rozprasza wiązki sygnałów pomiarowych. W przypadku górnictwa węgla oraz zbiornikami z biomasą dodatkowo powstają zagrożenia związane z możliwością występowania zarówno pyłów wybuchowych, jak i gazów (przeważnie metanu).

Dlaczego pomiary bezkontaktowe ?
Od lat przynajmniej sześćdziesiątych szeroko stosowane były w pomiarach materiałów sypkich metody kontaktowe, najczęściej pojemnościowe lub elektromechaniczne. W obu przypadkach użytkownicy jednak mieli dość ograniczone możliwości zastosowania, które przede wszystkim wynikają z ograniczonej wytrzymałości mechanicznej sond pojemnościowych (problem zrywania lin), kłopotliwej konserwacji sond elektromechanicznych (okresowego czyszczenia wewnętrznych części bębna), braku możliwości pomiaru w czasie napełniania oraz bardzo ograniczonego zastosowania na materiałach o większej granulacji.

Dlaczego radar a nie ultradźwięk ?
Sondy ultradźwiękowe stosowane są od przynajmniej 30 lat do pomiaru materiałów sypkich. Główną zaletą sond jest brak kontaktu z materiałem, a zatem brak możliwości uszkodzenia mechanicznego oraz prawie bezobsługowa praca.  Bolączką jednak okazało się zapylenie – silnie tłumiące fale dźwiękowe, co widoczne jest nawet w życiu codziennym kiedy często obserwujemy problemy z komunikacją bezprzewodową np. w czasie śnieżycy. Dodatkowo fale dźwiękowe słabo odbijają się od lekkich materiałów, jak np: popiołu lotnego czy drewna. Z uwagi na powyższe trzeba przyznać, że ultradźwięki choć były kamieniem milowym w rozwoju metod pomiarowych, niestety wciąż stwarzały problemy na trudniejszych aplikacjach.
Rozwiązaniem problemu wpływu silnego zapylenia było zastosowanie identycznej technologii jak w nawigacji lotniczej lub morskich, a zatem radaru. Do lat dziewięćdziesiątych urządzenia te były jednak zbyt drogie do zastosowań komercyjnych, dopiero rozwój mikroelektroniki pozwolił na stosunkowo prostą miniaturyzację urządzeń oraz obniżenie cen do poziomu urządzeń ultradźwiękowych. Fale radarowe o częstotliwościach z zakresu 6 – 80 GHz, czyli takie jakie stosuje się w sondach radarowych do pomiaru poziomu czy nawigacji, są w niewielkim stopniu tłumione, nawet w tak ekstremalnych warunkach jak burze piaskowe. Powodem braku efektu tłumienia jest dość duża długość fali : od kilku centymetrów do kilku milimetrów. Dla takich długości fali, cząsteczki o powierzchniach poniżej milimetra nie stanowią istotnej przeszkody z uwagi za byt małą efektywną powierzchnię odbicia. Dopiero gdybyśmy mieli „kawałki” materiału („pyłu”) o rozmiarach np.: 3-5 mm zobaczylibyśmy efekt silnego tłumienia, identyczny jak przy zwykłym pyle dla sond ultradźwiękowych.

Radar 79 GHz – czy wyższa częstotliwość jest lepsza ?
Przy nawet pobieżnej analizie rozwoju sond radarowych do pomiaru poziomu można zauważać trend polegający na zwiększeniu częstotliwości fali radarowej. Powodem ciągłego inwestowania w produkcję nowych modułów mikrofalowych jest dość prosty problem: kąt wiązki sygnału.
Jak widać na poniższych rysunkach, jednym z typowych problemów serwisowych jest odróżnienie echa od poziomu materiału od fałszywych ech od elementów konstrukcyjnych zbiornika, nawisów czy wreszcie ech wielokrotnych spowodowanych odbijaniem na boki wiązki prze powstający stożek.



Jak można przypuszczać, optymalny jest jak najwęższy kąt wiązki, która”omijałaby” elementy zaburzające wyniki pomiarów.  To właśnie zwiększenie częstotliwości radaru ma bezpośredni wpływ na możliwość zawężenia kąta wiązki. Dla radaru 6 GHz uzyskanie wiązki na poziomie 10 stopni wymagało ogromnej i kłopotliwej w montażu anteny DN 500. Mniejsze kąty wiązki pozostawały w sferze marzeń. Przy 26 GHz udało się uzyskać 4 stopniowy kąt wiązki (bardzo małe echa fałszywe, świetne skupienie dla nawet mocno nachylonych stożków) ale przy zastosowaniu anteny DN 250. Dopiero wprowadzenie w 2014 roku modułu 79 GHz w VEGAPULS 69 pozwala na montaż urządzenia na zwykłym króćcu DN 80.
Z uwagi na świetne rezultaty 3,5-stopniowej wiązki nie planuje się na chwilę obecną zawężenia. Dodatkowo kilkumilimetrowa fala bez problemu odbija się od nawet bardzo nachylonych powierzchni stożków usypowych.
 
Trudne materiały – drewno, pył lotny, tworzywa sztuczne
Odbicie fal radarowych nie jest identyczne dla wszystkich materiałów. Jedne odbijają je w 100 %, inne zaledwie w 2-3 %. Znanym problem są materiały o tzw. niskiej stałej dielektrycznej, czyli materiały, które odbijają nawet w idealnych warunkach mniej niż kilka procent promieniowania. Do tej pory nadal pewna gama produktów musiała być mierzona metodami kontaktowymi (mechanicznymi) lub za pomocą sond radarowych z falowodem wewnątrz zbiornika (a więc kontaktowych). Dopiero w 2013  roku VEGA opracowała nowy moduł na 79 GHz, którego minimalna stała dielektryczna pozwala na pomiar tworzyw sztucznych jak PVC, odtłuszczonego mleka w proszku czy peletu o wilgotności poniżej 2 %. Jest to jedyna dostępna w chwili obecnej sonda o możliwości pomiaru materiałów o stałej dielektrycznej poniżej 1.6.


Małe zbiorniki – czy nie przesypiemy?
Starsze generacje sond nie grzeszyły szybkością działania, co powodowało, że przy dynamicznych procesach nie potrafiły nadarzyć za rzeczywistym pomiarem. Powodem takiego stanu rzeczy były ograniczenia dotyczące mocy obliczeniowej procesora. VEGA tworząc urządzenie z myślą o możliwości zastosowania go w bardzo dynamicznych aplikacjach lub pomiaru  odległości zamiast urządzeń laserowych (bardzo wrażliwe na zaparowanie i zapylenie, które blokuje pomiar) zapewniła w nowym radarze  cykl pomiarowy na poziomie 0,7 sekundy. W praktyce przemysłowych pomiarów poziomu sondy VEGAPULS 69 można stosować na małych, szybko napełnianych zasobnikach, jako zabezpieczenia przesypów lub do pomiaru wysokości pryzmy na ramieniu koparko-zwałowarek.
Sondy radarowe VEGAPULS 69 posiadają jeszcze jedną przydatną cechę - jeden zakres pomiarowy. Nowe sondy oferowane są wyłącznie z zakresem od 0 do 120 m, a zatem w odróżnieniu od wcześniejszej generacji, nie ma potrzeby sprecyzowania czy mamy zbiornik o wysokości 1,5 m czy 55 m. Dokładnie ta sama sonda zostanie zastosowana w obu przypadkach.

VEGAPULS 69 – kolejny kok w ewolucji
Sonda radarowa VEGAPULS 69 stanowi kolejny krok w budowie bardzo uniwersalnych urządzeń, które zdecydowanie upraszczają zarówno montaż, jak i późniejszą eksploatację. Jeden zakres umożliwia łatwa standaryzację urządzeń bez względu na wielkość zbiornika, a producent nie przewiduje konieczności re-kalibracji nawet po wielu  latach pracy sondy.

Płaska antena sondy została wykonana z materiałów, na których z trudnością następuje powstawanie warstwy oblepiającej. Antena nie posiada elementów ze stali, na których może występować efekt „pocenia się” przy wysokich wilgotnościach. W krytycznych przypadkach jest możliwość podłączenia sprężonego powietrza, ale tylko do wprowadzenia okresowo krótkich impulsów bezpośrednio na powierzchnię anteny. Programowanie sondy można wykonać za pomocą demontowanego panelu PLICCOM (jedne moduł wystarcza dla całej serii sond), lub zdalnie np.: ze sterowni za pomocą komputera PC i modułu HART.

VEGAPULS 69 w skrócie:

• niewrażliwość na silne zapylenie
• dla zbiorników o dowolnych wysokościach
• dla wąskich i wysokich zbiorników
• montaż w króćcach od DN 80
• dla aplikacji z szybkimi zmianami poziomu (przesypy, pomiar pryzmy)
• dla materiałów o niskiej stałej dielektrycznej (np. tworzywa sztuczne)
• cykl pomiaru 700 ms
•  antena soczewkowa odporna na oblepianie
• wbudowany układ nadmuchu sprężonym powietrzem
• ATEX do strefy pyłowej 20 i gazowej 0
• możliwy pomiar odległości w warunkach silnego zapylenia czy mgły (alternatywa dla laserów)
• wyjście analogowe lub PROFIBUS.
• proste programowanie z wyświetlacza (menu w j.polskim)

www.introl.pl