FMCW Radar vs. Guided Wave Radar Level Sensoren: Prinzipien, Unterschiede und Auswahlhandbuch

FMCW-Freiraumradar und Lenkwellenradar sind beide weit verbreitet für kontinuierliche industrielle Füllstandmessung, aber ihre Signalausbreitungsmethoden sind grundlegend unterschiedlich.Das FMCW-Radar sendet frequenzmodulierte elektromagnetische Wellen durch den freien Raum, ohne das Prozessmedium zu kontaktieren, während das Lenkwellenradar Mikrowellenimpulse entlang einer Stange, eines Kabels oder einer Koaxialsonde leitet.Die Auswahl sollte daher auf den Medieneigenschaften, der Dielektrizitätskonstanten, der Gefäßgeometrie, dem Schaum, dem Aufbau, dem Messbereich und den Anforderungen an die Grenzflächenmessung und nicht nur auf der Frequenz beruhen.

1. Hauptunterschied zwischen FMCW Radar und Guided Wave Radar

FMCW-Freiraumradar

Signalweg:Antenne → Freiraum → Produktoberfläche → Reflektiertes Echo

Eine berührungslose Messtechnik. Moderne 80GHz FMCW-Instrumente können eine schmale Strahlfokussierung für Flüssigkeiten, Pulver, Granulate und Gefäße mit komplexen inneren Strukturen bieten.

Lenkradar (GWR)

Signalweg:Sender → Stab/Kabel/Koaxialsonde → Produktoberfläche → Zurückgegebenes Echo

Eine Kontaktmesstechnologie, die normalerweise auf Zeitbereichsreflektometrie basiert und für den Flüssigkeitsstand, ausgewählte Feststoffanwendungen und die Messung der Flüssig-Flüssig-Grenzfläche geeignet ist.

2. Wie funktioniert die FMCW Radarpegelmessung?

FMCW steht fürFrequenzmodulierte kontinuierliche Welle. Das Instrument sendet kontinuierlich ein Radarsignal, dessen Frequenz sich mit der Zeit ändert. Das reflektierte Signal kehrt nach einer Laufzeitverzögerung zur Antenne zurück. Da sich die Sendefrequenz ständig ändert, besteht zwischen dem aktuellen Sendesignal und dem verzögerten Empfangssignal eine Frequenzdifferenz Δf. Die Elektronik analysiert diesen Unterschied, um den Abstand zur Produktoberfläche zu bestimmen.

Wichtig:FMCW ist ein Ranging-Prinzip, kein Frequenzband. Viele moderne industrielle Radargeräte verwenden etwa 80 GHz FMCW-Technologie, aber FMCW selbst kann mit unterschiedlichen Radarfrequenzen arbeiten.

3. Warum ist 80GHz FMCW Radar weit verbreitet?

Schmaler Balken

Hochfrequenz in Kombination mit einer geeigneten Antenne kann einen schmalen Strahl liefern, der hilft, Gefäßwände, Rohre, Stützen und Rührer zu vermeiden.

Kompakte Prozessanbindungen

Eine gute Fokussierung kann mit relativ kompakten Antennen erreicht werden, was nützlich ist, wenn der Tankraum oder die Düsengröße begrenzt ist.

Massenfeststoffmessung

Geeignet für Zement, Mineralpulver, Getreide, Kunststoffpellets und andere Feststoffe, bei denen die Fokussierung des engen Strahls die Interferenz reduziert.

Berührungslose Ausführung

Keine Sonde wird in das Produkt eingetaucht, was für korrosive, viskose, kristallisierende oder Beschichtungsmedien nützlich ist.

80GHz bedeutet nicht, dass jedes Instrument einen festen 3° Strahlwinkel oder eine Genauigkeit von ±1mm hat. Strahlwinkel, Genauigkeit, Reichweite, Prozesstemperatur und Druckwerte hängen vom spezifischen Antennen- und Instrumentendesign ab.

4. Wie funktioniert Guided Wave Radar?

Guided Wave Radar, auch genanntGWR- oder TDR-Radar, startet hochfrequente Mikrowellenimpulse in einen Metallstab, ein Kabel oder eine Koaxialsonde. Der Impuls wandert entlang der Sonde und wird teilweise reflektiert, wenn er einen Punkt erreicht, an dem sich die Dielektrizitätskonstante ändert.

Das Gerät misst die Laufzeit des reflektierten Impulses und berechnet den Abstand vom Prozessanschluss zur Produktoberfläche. Da die Mikrowellenenergie entlang der Sonde geführt wird, ist die Messstrecke konzentriert und kann weniger empfindlich auf Gefäßgeometrie, Turbulenzen und einige Schaumbedingungen sein.

5. FMCW Free-Space Radar vs. Lenkradar

6. Wann sollte FMCW Free-Space Radar zuerst bewertet werden?

Viskose oder Beschichtungsmedien

Kontaktloses Radar ist attraktiv, wenn eine Sonde nicht in ein Medium eingetaucht bleiben sollte, das leicht beschichtet oder kristallisiert.

Massenfeststoffe

Zement, Mineralpulver, Getreide, Flugasche, Zuschlagstoffe und Pellets sind typische Freiraumradaranwendungen.

Komplexe Schiffseinbauten

Ein schmaler 80-GHz-Balken ist nützlich, wenn Stützen, Spulen, Rohre oder nahe gelegene Gefäßwände vermieden werden müssen.

Ätzende Produkte

Die berührungslose Konstruktion reduziert eingetauchte Bauteile, obwohl die Kompatibilität von Antennen- und Prozessanschlussmaterial noch überprüft werden muss.

7. Wann sollte Guided Wave Radar zuerst bewertet werden?

Dielektrikumarme Flüssigkeiten

Für bestimmte Kohlenwasserstoffe, Öle und organische Lösungsmittel mit schwachen Reflexionen kann eine hochempfindliche GWR mit der richtigen Sonde in Betracht gezogen werden.

Schnittstelle zwischen Flüssigkeit und Flüssigkeit

Öl/Wasser und andere geschichtete Flüssigkeiten mit ausreichendem dielektrischen Kontrast sind typische Lenkwellenradaranwendungen.

Schmale Kammern und Bypasses

Stab- und Koaxialsonden können Mikrowellenenergie durch einen begrenzten Messraum leiten.

Turbulenz und einige Schaumanwendungen

Geführte Ausbreitung kann stabile Echos in vielen turbulenten oder schaumigen Anwendungen liefern, obwohl Schaumeigenschaften noch berücksichtigt werden müssen.

8. FMCW oder Guided Wave Radar für Schaum?

Schaum sollte nicht einfach als vorhanden oder abwesend eingestuft werden. Seine Wirkung hängt von Dicke, Dichte, flüssigem Inhalt und dielektrischen Eigenschaften ab.

Geführtes Wellenradar kann häufig entlang der Sonde fortfahren und die flüssige Oberfläche unter Licht oder gemäßigtem Schaum identifizieren. Sehr dichter oder hochdielektrischer Schaum kann jedoch seine eigene Reflexion erzeugen, wodurch das Instrument die Schaumoberfläche oder eine andere Grenzfläche detektiert.

Freiraum-FMCW-Radar muss auch entsprechend der spezifischen Medium- und Schaumstruktur bewertet werden. Es ist technisch nicht korrekt anzunehmen, dass 80 GHz automatisch eine größere Penetration durch alle Schaumstoffe bietet.

9. Warum ist Guided Wave Radar nützlich für die Schnittstellenmessung?

Wenn ein Radarimpuls die Oberfläche der oberen Flüssigkeit erreicht, wird ein Teil des Signals reflektiert, während die verbleibende Energie die Sonde hinuntergeht. Liegt unten eine zweite Flüssigkeit mit einer ausreichend unterschiedlichen Dielektrizitätskonstante vor, kann an der Grenzfläche Flüssig-Flüssig eine weitere Reflexion auftreten.

Durch die Identifizierung beider Echos kann der Sender den Gesamtpegel und die Schnittstellenposition bestimmen. Öl/Wasser und niedrig dielektrische organische Flüssigkeit/Wasser-Systeme sind gängige Beispiele.

Anmerkung:Nicht jedes Zwei-Flüssigkeitssystem ist für die Grenzflächenmessung geeignet. Dielektrizitätskonstante der oberen Schicht, der dielektrische Kontrast, die Emulsionsdicke und das Sondendesign beeinflussen die Leistung.

10. Kurzanleitung

11. Vor der Auswahl erforderliche Informationen

Medium

Produktbezeichnung
Flüssig oder fest
Dielektrische Eigenschaften
Viskosität
Kristallisations- oder Beschichtungsneigung

Schiff

Tankhöhe
Durchmesser
Düsengröße
Interne Strukturen
Rühr- oder Bypasskammer

Prozessbedingungen

Temperatur
Druck
Dampf
Schaum
Staub
Oberflächenturbulenz

Messanforderungen

Reichweite
Genauigkeit
Schnittstellenmessung
4–20mA/HART oder RS485
Anforderungen an Gefahrenbereiche

  FAQ

1. Ist FMCW Radar immer 80 GHz?

Nein. FMCW beschreibt ein frequenzmoduliertes Dauerstrichweitenprinzip, kein Frequenzband. Etwa 80 GHz FMCW-Radar ist in der modernen industriellen Füllstandmessung weit verbreitet, aber FMCW kann mit verschiedenen Frequenzen arbeiten.

2. Was ist der Unterschied zwischen FMCW und Pulsradar?

Pulsradar bestimmt normalerweise die Entfernung von der Hin- und Rücklaufzeit von Radarimpulsen. FMCW streift kontinuierlich die Frequenz und bestimmt den Abstand aus der Frequenzdifferenz zwischen gesendeten und empfangenen Signalen. Beide können eine zuverlässige Messung des industriellen Niveaus ermöglichen.

3. Benötigt jedes Lenkwellenradar eine metallische Startplatte?

Nein. Die Installationsanforderungen hängen vom Sonden-, Prozessanschluss- und Senderdesign ab. Eine Metallplatte in fester Größe sollte nicht als universelle GWR-Anforderung behandelt werden.

4. Kann ein Lenkwellenradar den Flüssigkeitsstand unter dem Schaum messen?

In vielen leichten bis moderaten Schaumanwendungen kann es, aber die Leistung hängt von den dielektrischen Eigenschaften und der Dichte des Schaums ab. Dichter Schaum kann seine eigene Reflexion erzeugen.

5. Kann 80GHz Radar niedrig dielektrische Flüssigkeiten messen?

Es kann ausgewertet werden, aber eine niedrige Dielektrizitätskonstante erzeugt normalerweise eine schwächere Oberflächenreflexion. Messbereich, Antennendesign, Produktbedingungen und Senderempfindlichkeit müssen daher berücksichtigt werden.

6. Ist das Lenkwellenradar für die Messung der Öl-Wasser-Schnittstelle geeignet?

Ja. Öl-Wasser und andere geschichtete Flüssigkeiten mit ausreichendem dielektrischen Kontrast sind gängige GWR-Schnittstellenanwendungen. Dicke Emulsionsschichten können die Grenzflächenerkennung erschweren.

7. Welches Radar ist besser für Schüttgüter?

Große Zement, Mineralpulver, Getreide und ähnliche Silos bevorzugen normalerweise 80 GHz Freiraumradar. GWR kann in ausgewählten Feststoffanwendungen verwendet werden, aber Sondenbeladung, Abrieb und Aufbau müssen berücksichtigt werden.

8. Welche Technologie ist besser für hochviskose Flüssigkeiten?

Wenn das Produkt wahrscheinlich einen starken Aufbau auf einer eingetauchten Sonde erzeugt, wird normalerweise zuerst ein berührungsloses FMCW-Radar ausgewertet. Lenkradar kann immer noch geeignet sein, wenn die Viskosität mäßig ist und eine Grenzflächenmessung erforderlich ist.

9. Welche Informationen benötigt METRAVON, um FMCW oder Lenkradrad auszuwählen?

Bitte geben Sie das Medium, den Messbereich, die dielektrischen Eigenschaften, Temperatur, Druck, Schaum, Aufbau, Gefäßstruktur, Düsengröße an und geben Sie an, ob eine Grenzflächenmessung erforderlich ist.

Schlussfolgerung

Die Hauptstärken des FMCW-Freiraumradars sind berührungslose Messung, enge Strahlfokussierung, langer Messbereich und breite Eignung für Feststoffe und komplexe Gefäße. Guided Wave Radar bietet einen definierten Mikrowellenpfad entlang der Sonde und bietet besondere Vorteile für niedrig dielektrische Medien, begrenzte Geometrien und Flüssig-Flüssig-Grenzflächenmessung.

Die beiden Technologien ergänzen sich und nicht direkt. 80GHz FMCW-Radar wird oft zuerst für viskose oder Beschichtungsmedien, große Entfernungen und Feststoffe ausgewertet, während Lenkwellenradar besonders nützlich für Schnittstellenmessung, ausgewählte dielektrische Flüssigkeiten mit niedrigem Dielektrikum, Bypasskammern und geometrisch begrenzte Anwendungen ist.

METRAVON empfiehlt die Bestätigung des Prozessmediums, der Reichweite, der dielektrischen Eigenschaften, der Temperatur, des Drucks, des Schaums, des Aufbaus, der Schiffseinbauten und der verfügbaren Prozessverbindung vor der Auswahl der Radartechnologie.