Zwei Leiter reichen aus

Anders als bei Transmittern zur Druck- oder Temperaturmessung hat sich die reduzierte Leistungsaufnahme innerhalb des 4…20-mA-Bereichs bei Radargeräten als schwierig erwiesen. Als erfolgreichste Lösung haben sich bisher gepulste Radargeräte bewährt. Die kurzen Radarpulse werden an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert und über eine Laufzeitberechnung kann dann der Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche und damit der Füllstand bestimmt werden. Die andere gängige Radartechnologie, die FMCW-Technik (Frequency Modulated Continuous Wave), erfordert in in der Regel mehr Leistung. Das Gerät sendet ein kontinuierliches Signal, das über eine Fast Fourier Transformation ausgewertet wird. Über die gemessene Frequenzdifferenz zwischen ausgesendetem und empfangenem Signal wird dann der Füllstand ermittelt.

Solartron Mobrey stellt nun mit Pegasus ein FMCW-Radargerät in 2-Leiter-Technik mit geringem Energiebedarf vor. Das 4-Leitergerät MRL 700 hat in der Startphase einen Stromverbrauch von 400 mA, der sich im normalen Messbetrieb dann auf 50 bis 60 mA reduziert. Bei Pegasus konnte dieser in das schmale Budget von weniger als 4 mA eingepasst werden. Alternativ stehen beim Pegasus Horn und Stabantennen sowie eigensichere und druckgekapselte Ausführung zur Verfügung. Das Gerät ist in der Grundversion bereits Hart-kompatibel und kann so von jeder Stelle im 2-Leiter-Kreis aus kontrolliert und programmiert werden. Zudem ist eine Anbindung über PC, Palm PDA oder eine Reihe von speziellen Steuergeräten möglich. Die maximale Betriebstemperatur liegt bei 150 °C.

Das 4-Leitergerät MRL 700 bleibt schwierigen Applikationen vorbehalten, bei denen die Leistung der 4-Leiter benötigt wird, etwa bei starken Turbulenzen an der Oberfläche oder sehr niedrigen DK-Werten bei gleichzeitig großem Messbereich. Der MRL 700 verfügt über einen Messbereich von 35 m, 5 m mehr als der Pegasus, seine Genauigkeit liegt bei ±3 mm, die des Pegasus bei ±10 mm.

Bei Flüssigkeiten, deren Dielektrizitäts-konstante sehr niedrig ist (DK kleiner 3,0), kann eine konventionelle Echoauswertung schwierig sein, da die ausgesendeten Signale nicht an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert werden. So hat beispielsweise Wasser eine DK von 80 und reflektiert ca. 60 % der Radarsignale. Bei einer DK von 2,4 werden nur noch 4,5 % des Signals reflektiert. Beispiele für Flüssigkeiten mit niedriger DK sind Butan (1,4), Benzin (2,2), Oktan (2,1), Speiseöl (3,5) und Petroleum (2,2). Je weniger Signalanteile reflektiert werden, umso mehr Anteile durchstrahlen die Flüssigkeit. So kann es sein, dass das reflektierte Signal vom Tankboden deutlich stärker ist als das der Oberfläche. Das Echo vom Tankboden ist zeitlich verzögert, da das Signal, abhängig von der DK der Flüssigkeit, langsamer durch die Flüssigkeit läuft als durch Luft. Dadurch scheint der Tankboden weiter vom Radargerät entfernt zu sein als er es ist. In der Software des FMCW-Radargerätes Pegasus für solche Anwendungen zur Auswertung des Echos vom Tankboden der Modus Bottom Tracking angewählt werden. Es wird zunächst empfohlen, bei entleertem Tank mit dem Radargerät den Abstand zwischen Transmitter und Tankboden zu vermessen. Der Anwender gibt dann die DK der im Tank befindlichen Flüssigkeit in die Software ein. Ist beispielsweise ein 20 m hoher Tank zur Hälfte mit einer Flüssigkeit der DK gleich 2,4 gefüllt, so benötigt das Radarsignal in einem leeren Tank 133,426 ns für den Weg zum Tankboden und zurück, im halb gefüllten Tank aber, auf Grund der Verzögerung in der Flüssigkeit, 170,064 ns. Diese längere Laufzeit entspricht einem leeren Tank von 25,4913 m Höhe. Mit anderen Worten: das Radargerät sieht bei halbgefülltem Tank den Tankboden 5,4913 m weiter weg. Aus dieser zusätzlichen Entfernung wird im Bottom Tracking Modus mit der bekannten DK die Höhe des Füllstandes der Flüssigkeit errechnet und am Radargerät ausgegeben.

cav 467

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