レーダー式レベル計について知っておくべきこと

あなたの工場でもレーダー式レベル計を使用していますよね？もしそうでないのであれば、この記事を読めば、レーダー技術がどのように役立つのかがわかります。使用しているのであれば、この記事も読んで、技術がどのように進化してきたかを知り、IIoTレーダーレベル計についての理解を深めることが出来ます。

レベル測定は時に厄介なものです。適切な機器を選び、正しく設定しなければ、頭痛の種になってしまいます。もちろん、適切な機器を選び、正しく設定すれば、プロセスがスムーズに進行するので、トラブルなどすっかり忘れることができます。

レーダー技術には多くの利点があり、ほとんどすべてのアプリケーションで他の計測原理に取って代わりました。レーダー計測技術の人気は高まる一方で、そのコストは下がり、正確なレベル測定をより安価に実現できるようになりました。

この技術について詳しく知り、IIoTレーダーが市場でのレベル監視の転換点となったことを見てみましょう。

タンクのレベルの計測方法は？

市場には、さまざまな方法でレベル測定を行うモデルが豊富に揃っています。どの機種がお客様のプロセスに最適なのかを知るにはどうしたらよいでしょうか？いつものように、それはお客様のプロセスの特性と要件によります。

では、どのような計測原理なのでしょうか？圧力式、静水圧式、静電容量式、超音波式、それ以外？それらのどれも使ってもいいのですが、レーダーも様々なアプリケーションに様々な方法でフィットします。それをIIoTと組み合わせれば、仕事の半分は終わったも同然です。

ここでは、レーダーレベル計の詳細について説明します。後日、他の技術についての情報もお届けしたいと思います。

レーダー・レベル・変換器の仕組みは？

レーダー式水位計の動作原理は、飛行時間タイプ（ToF）と周波数変調連続波タイプ（FMCW）の2種類があります。次は、それぞれの原理について説明します。

飛行時間（Time-of-flight）タイプ

この方法では、レーダー発信機がレーダーパルスを放射し、計測物の表面で反射して検出器に戻ってくることで、自機から計測物の表面までの距離を測定します。

アンテナで信号を受信して演算回路に送り、そこですべての魔法が起こります。マイクロプロセッサーがエコーを識別し、信号が戻ってくるまでの時間を計算するのです。

計測面までの距離(D)は、レーダーからのパルスの飛行時間(t)に比例します。マイクロプロセッサーが使う計算式は次の通りです。

D = c - t/2

ここで、cは光の速度を表します。

デバイスは距離（D）を検出すると、空の距離（E）に基づいてレベル（L）を計算することができます。

L = E-D

とてもシンプルですね!

周波数変調連続波(FMCW)

この方法では、レーダーレベル計が高周波の信号を発します。この周波数は時間とともに増加し、周波数スイープまたは信号スイープと呼ばれる状態を作ります。この信号は、計測物の表面で反射してアンテナで受信され、時間差（t）で電子回路に送信されます。

受信した周波数と送信した周波数が異なるので、その差（Δf）はエコーカーブに比例します。このようにフーリエ変換をスペクトルに応用しています。

次にレベル計は、タンクの高さと測定した距離の差を計算することでレベルを検出します。この方法はToF法よりも少し複雑ですが、レベル計自体ですべての計算をしてくれるので、心配する必要はありません。

どの周波数帯か？

そのためには、周波数帯を把握したり、専門家に相談したりして、どの周波数帯が自分の用途に合っているかを判断する必要があります。非接触式レベル計には4つの周波数帯があります。多くは6GHz、10GHz、26GHzを使用しています。

今日、80GHzの新しいレーダー計が市場に登場しました。これは、従来のレーダーレベル計よりもマイクロ波のビーム角が狭いので、広いスペースを必要とせず、設置条件の制約が少なくなりました。

では、どの周波数帯が最適なのでしょうか？用途に応じてさまざまな要因があるため、ご自身でいろいろ調べるか、専門家にプロセスの情報を伝える必要があります。自分でやったほうが綿密に調べられますが、専門家のほうが早いですね。何をしたいかはあなた次第です。

IIoTでレベルの監視？

IIoTレーダー計という言葉を聞いたことがありますか？Endress+HauserのMicropilot FWR30に代表されるIIoTレーダーレベル計は、市場に出回っているコンパクトなレベル計の中では最も新しいタイプです。

このセンサは、小さな水槽にも簡単に設置でき、必要に応じて可搬式のタンクと一緒に移動させることができます。このレベル計はバッテリーと無線通信を使用しているので、インターネットが使える場所であれば、どこへでも持ち運びが可能です。つまり、インターネットに接続できる環境であれば、どこにでもタンクを持ち運ぶことができ、常にデータを取得することができるのです。

また、このデバイスの設置場所を追跡できる他、最小/最大しきい値を設定し、データが変化した場合にはアラートを受け取ることもできます。また、80GHzの周波数を使用しているため、小さなコンテナにも簡単に設置でき、より信頼性の高い計測が可能です。

FWR30のようなクラウドベースのIIoTレーダーレベル計では、いくつかの簡単な手順でデバイスを設定することができます。そして、スマホやノートPC、タブレットを使ってすべてのデータにアクセスすることができます。その上、Netilion Valueのようなサービスには、ダッシュボード、履歴、地図、通知などの優れた機能があります。

Netilionでは、無料トライアルをご提供しています。

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では、お楽しみください。