מדי רמת מכ"ם הם מכשירי מדידה המבוססים על עיקרון-הזמן-של הטיסה. עם היתרונות שלהם של מדידה ללא-מגע, יכולות חזקות נגד-הפרעות, דיוק גבוה, תחזוקה נמוכה ותוחלת חיים ארוכה, הם הפכו בהדרגה לציוד המועדף בתרחישים רבים של מדידת מפלס נוזלים.
מדי רמת רדאר מגיעים בתדרים כגון 6GHz, 26GHz, 80GHz ו-120GHz. בגדול, ניתן לחלק מדי רמת מכ"ם גם לסוגי-תדר גבוה ותדר-נמוך. 26מדדי רמת מכ"ם G ו-80G הם שני סוגים נפוצים. ההבדלים העיקריים בין מדי רמת מכ"ם 26G ו-80G נעוצים בתדר האפנון שלהם, אורך הגל, דיוק המדידה, הרזולוציה והאזור העיוור שלהם. בדרך כלל, מדי רמת מכ"ם בתדר גבוה יותר יקרים יותר.
תדירות אפנון ואורך גל
גלי מיקרו מתייחסים לטווח הגלים האלקטרומגנטיים עם תדרים מ-300MHz עד 300GHz, עם אורכי גל מקבילים מ-1 מ"מ עד 1 מטר. הספקטרום האלקטרומגנטי כולל שלושה פסים: גלי דצימטר (טווח תדרים 300MHz-3GHz), גלי סנטימטר (טווח תדרים 3~30GHz), וגלים מילימטרים (טווח תדרים 30~300GHz).
הקשר בין אורך גל ותדר (c=λf, כאשר c היא מהירות האור) הוא כדלקמן:
מדי רמת מכ"ם 26G:
תדר אפנון הוא בדרך כלל בין 24 ל-26 גיגה-הרץ, אורך הגל הוא כ-11.5 מ"מ, השייך לפס הגל של סנטימטר.
מדי רמת מכ"ם 80G:
תדר אפנון הוא בדרך כלל בין 78 ל-82 גיגה-הרץ, אורך הגל הוא כ-3.75 מ"מ, השייך לרצועת הגל המילימטרית.
דיוק ורזולוציה של מדידה
ככלל, ככל שהתדר (אורך הגל קצר יותר) של המכ"ם גבוה יותר, כך הרזולוציה המרחבית שלו גבוהה יותר.
מד מפלס מכ"ם 26G:
זה שייך לרדאר דופק (PTOF). עקרון העבודה של מכ"ם דופק דומה ל"זיהוי סונאר": יחידת המשדר פולטת מעת לעת אותות דופק בתדר גבוה- עם משכים קצרים במיוחד (בדרך כלל ברמה של ננו-שניה). לאחר שהפולס מגיע לפני השטח של המדיום ומשתקף, היחידה הקולטת רושמת את הפרש הזמן (Δt) בין שידור לקליטה, ולאחר מכן מחשבת את מפלס הנוזל באמצעות הנוסחה "מרחק=(מהירות האור × Δt) / 2". עיצוב המעגל שלו פשוט יחסית והעלות נמוכה, אך הוא מוגבל על ידי רוחב הפולסים, יש לו אזור עיוור בטווח קרוב (בדרך כלל 0.3-1 מ'), ובעל רזולוציית טווח נמוכה (בדרך כלל ±5 מ"מ). הוא מתאים לתרחישים עם טווח מדידה רחב ודרישות דיוק נמוכות.
מד מפלס מכ"ם 80G:
זה שייך למכ"ם גל מתמשך עם תדר-מאופנן (FMCW). הוא משדר אות גל מתמשך עם תדר המשתנה באופן ליניארי עם הזמן, ולתדר השידור יש קשר של שן מסור או גל משולש עם הזמן. כאשר אות ההד מתקבל, תדר השידור השתנה. רמת הנוזל מחושבת על ידי מדידת הפרש התדרים (Δf) בין הגלים המשודרים להד, תוך ניצול התכונה ש"Δf פרופורציונלי למרחק". מכיוון שהוא משתמש באותות גלים רציפים, למכ"ם FMCW אזור עיוור קטן, רזולוציית טווח של ±1 מ"מ ויכולות אנטי-- חזקות יותר, המבדילים למעשה את ההד משטח הנוזל ומכשולים סמוכים. עם זאת, המעגלים שלו מורכבים והעלות שלו גבוהה יחסית, מה שהופך אותו מתאים לתרחישי מדידה-בדיוק גבוה או-קצר.
זווית קרן
יתרון משמעותי של גלי מיקרוגל- בתדירות גבוהה הוא זווית האלומה הקטנה ביותר שלהם. 80למכ"ם ה-GHz יש בדרך כלל זווית אלומה של 3 מעלות -5 מעלות בלבד, בעוד שמכ"ם 26GHz מגיע ל-10 מעלות -15 מעלות. בחללים סגורים או בתנאים מורכבים עם מכשולים, מכ"ם 80GHz יכול להתמקד טוב יותר על פני הנוזל, ולהפחית הפרעות מקירות מיכל או מבנים פנימיים אחרים. מאפיין זה גורם לו לביצועים יוצאי דופן במיכלי אחסון קטנים או כשהוא מותקן קרוב לקיר המיכל.
סוג אנטנה
מכ"ם 80GHz משתמש בדרך כלל באנטנת מטריצה מישורית. בהשוואה לאנטנה בצורת -צופר הנפוצה במכ"ם 26GHz, יש לה התנגדות חזקה יותר לגורמי הפרעה כגון אבק, קיטור ועיבוי, והיא יכולה לשמור על פעולה יציבה גם בתנאים קשים. לדוגמה, בתנאים סוערים, מערבולות, קצף, התזות ואפילו ממשקים כוזבים עלולים להתרחש על פני הנוזל, מה שמציב דרישות גבוהות ביותר ליכולת נגד-הפרעות ומיקוד האותות של מכ"ם. 80GHz בתדר גבוה-של ציוד המדידה, עם אורך הגל הקצר שלו ותפעול האותות הצר, המתקדם, עוצמת האותות הצר, המשלבים את אלומת האותות הצר. טכנולוגיה, הפכה לפתרון המיינסטרים למדידת מפלס נוזלים במיכלים נסערים.
איך לבחור בין 80GHz ל-26GHz?
מצבים שבהם מועדף מד רמת מכ"ם במהירות 80GHz:
תהליכים מורכבים: המיכל מכיל חסימות כמו תסיסה, סלילי חימום וסולמות.
מיכלים ממוזערים: כורים, מיכלי אגירה קטנים, מכלי תהליך (קוטר פחות ממטר).
מאפייני מדיה מורכבים: נוזלים/מוצקים המועדים להקצף, אידוי המוביל לעיבוי, או בעלי קבועים דיאלקטריים נמוכים.
נדרש מדידה-בדיוק גבוה: משמש להסדר סחר, אצווה מדויקת וכו'.
תנאי התקנה מוגבלים: אורך צינור לא קצר מספיק, או לא רוצה/לא מסוגל להתקין מובילי גל.
מדידת חומר מוצק, במיוחד חלקיקים ואבקות עם קבוע דיאלקטרי נמוך.
מצבים שבהם מועדף מד רמת מכ"ם 26GHz:
מיכלי אגירה גדולים סטנדרטיים: כגון מאגרים, מיכלי אגירה של נפט גולמי, בריכות ביוב וכו', עם מבנים פנימיים פשוטים.
תקציב מוגבל בעלויות ותנאי תפעול פשוטים ללא אתגרים מיוחדים.
מדידת נוזלים נפוצים (מים, שמן, חומצות, אלקליות וכו') ותלושים בעלי קבועים דיאלקטריים גבוהים.
תַקצִיר
באופן כללי, מדי רמת מכ"ם 80GHz, עם יכולת המיקוד המעולה שלהם וביצועים נגד-הפרעות, הופכים לבחירה המועדפת עבור מספר הולך וגדל של יישומים, במיוחד בתעשיות תהליכיות ובתנאי הפעלה מורכבים. הם מפחיתים את העלות הכוללת של מחזור החיים באמצעות התקנה חכמה יותר ומדידה יציבה יותר. בינתיים, מדי רמת מכ"ם 26GHz, כטכנולוגיה בוגרת ואמינה, עדיין שומרים על כדאיות חזקה ביישומי מדידת רמות סטנדרטיים ופשוטים רבים בשל היתרונות הכלכליים שלהם.
מדי רמת הרדאר אינם בהכרח טובים יותר ככל שהתדר גבוה יותר, והם לא בהכרח גרועים יותר ככל שהתדר נמוך יותר. בעת בחירה, יש לשקול באופן מקיף גורמים כמו מורכבות תנאי העבודה, דרישות דיוק, תנאי התקנה, מאפייני מדיה ותקציב הפרויקט. האפשרות המתאימה ביותר היא זו המתאימה לתנאי העבודה שלכם.
