Arten von Radar-Füllstandmessgeräten

Arten von Radar-Niveausmessgeräten: Leitfaden zur Auswahl von kontaktlosen Radaren, FMCW-Radaren und Wellenleitungsradaren –

Radar-Niveausmessgeräte nutzen hochfrequente elektromagnetische Wellen, um die Position von Flüssigkeits- oder Feststoffoberflächen zu bestimmen. Sie werden häufig für die kontinuierliche Niveausmessung in industriellen Lagertanks, Prozessbehältern sowie Schüttgutsilos eingesetzt.

Aus Sicht der Messverfahren lässt sich die Radarpegeltechnologie im Allgemeinen in zwei Hauptkategorien unterteilen:kontaktloses Radarundgeführte Wellen-Radar (GWR).Beim kontaktlosen Radar werden elektromagnetische Wellen durch den freien Raum über dem Medium übertragen, während beim geführten Radar Radarimpulse entlang eines Stabes, Kabels oder einer koaxialen Sonde geleitet werden.

Diese beiden Kategorien können weiter nach Signaltechnologie, Betriebsfrequenz, Antennenbauweise und Sondenkonstruktion klassifiziert werden.

1. Was sind die beiden Haupttypen von Radar-Niveaumessgeräten?

Kategorie:	Nichtkontakt-Radar;	Geleitwellen-Radar;
Signalausbreitung;	Elektromagnetische Wellen breiten sich im freien Raum innerhalb des Gefäßes aus.	Radarpulse werden entlang einer metallischen Sonde übertragen:
Kontakt mit dem Medium;	Normaler nicht-kontaktiver Betrieb;	Stab oder Kabel wird in das Medium eingeführt und steht in Kontakt mit diesem;
Typische Installation;	Auf der Oberseite eines Tanks oder Silos montiert;	Auf der Oberseite montiert, wobei die Sonde in das Gefäß hineinragt;
Typische Medien:	Flüssigkeiten, Schläme, Pulver, Granulate sowie Bulk-Feste;	Flüssigkeiten, ausgewählte Schläme sowie Feststoffe. und Flüssig-Flüssig-Grenzflächen
Hauptmerkmale	kontaktlos, relativ geringe Wartungsanforderungen sowie flexible Installation	das Signal ist entlang der Sonde konzentriert und eignet sich für ausgewählte komplexe Oberflächen sowie Grenzflächenanwendungen

2. Was ist ein kontaktloses Radarlagenmessgerät?

Ein kontaktloses Radarlagenmessgerät, auch bekannt als Freiraumdoppler-Radar, wird üblicherweise an der Oberseite eines Tanks oder Silos installiert. Seine Antenne sendet elektromagnetische Wellen in Richtung der Materialoberfläche aus.

Diese elektromagnetischen Wellen breiten sich im freien Raum über dem Medium aus, werden an der Oberfläche der Flüssigkeit oder des festen Materials reflektiert und kehren anschließend zur Antenne zurück. Das Messgerät analysiert die zeitliche oder frequenzbasierte Beziehung zwischen den übertragenen und reflektierten Signalen, um die Entfernung zu berechnen und diese in ein Signalpegelwert umzuwandeln.

Zu den gängigen Antennentypen gehören Hornantennen, Linsenantennen sowie in einer Hülle integrierte Antennen. Die geeignete Antennenauswahl hängt von der Betriebsfrequenz, dem Prozessmedium, der Temperatur, dem Druck sowie der Korrosionsbeständigkeit ab.

3. Wie werden kontaktlose Radaranlagen nach Signaltechnologie klassifiziert?

Aus Sicht der Signalverarbeitung lässt sich kontaktloses Radar hauptsächlich inPulsradarundFMCW-Radarunterteilen.

3.1. Puls-Radar-Niveausmessgeräte

Ein Pulsradar sendet periodisch kurze Mikrowellenpulse aus und empfängt die Reflexionen von der Materialoberfläche. Die Entfernung wird anhand der Rundlaufzeit des Pulses berechnet.

Entfernung = Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen × Rundlaufzeit ÷ 2

Das Pulsradar hat eine lange Tradition im industriellen Einsatz und kann sowohl für Flüssigkeiten als auch für feste Stoffe verwendet werden. Die tatsächliche Leistung hängt von der Frequenz, dem Antennendesign, der Signalverarbeitung sowie den Installationsbedingungen ab.

3.2. FMCW Radar-Niveausmessgeräte

FMCW steht für „Frequency Modulated Continuous Wave". Während jeder Frequenzabdeckung verändert das Gerät kontinuierlich die übertragene Frequenz. Das zurückkehrende Echo weist einen Frequenzunterschied gegenüber dem aktuellen Übertragungssignal auf.

Dieser Frequenzunterschied hängt vom Abstand zum Ziel ab und ermöglicht es dem Gerät, die Position der Materialoberfläche mittels digitaler Signalverarbeitung zu bestimmen. FMCW wird in modernen Hochfrequenz-Radarmessgeräten ohne direkten Kontakt weithin eingesetzt.

Pulsradar

bestimmt die Entfernung anhand der Laufzeit kurzer Mikrowellenpulse.

FMCW Radar

Bestimmt die Distanz basierend auf dem Frequenzunterschied zwischen dem übertragenen und dem reflektierten Signal.

4. Können Radar-Niveaumessgeräte ebenfalls nach Frequenz klassifiziert werden?

Ja. Industrielle kontaktlose Radarprodukte sind in verschiedenen Frequenzbereichen erhältlich, darunter das herkömmliche Radar mit niedrigeren Frequenzen, etwa im Bereich von 24 GHz bis 26GHz Radar sowie moderne Hochfrequenztechnologien wie 60 GHz und 80GHz Radar.

Die Betriebsfrequenz beeinflusst die Wellenlänge, die Antennengröße sowie die Strahlmerkmale. Bei vergleichbarer Antennengröße kann Radar mit höherer Frequenz in der Regel einen schmaleren Strahl erzeugen, was insbesondere bei kleinen Schiffen, langen Düsen, Tanks mit inneren Hindernissen sowie in Massen-Silos von Vorteil sein kann.

Die Frequenz ist lediglich einer der Auswahlkriterien; zudem sollten mittlere Reflexivität, Kondensation, Schaumstoff, Ablagerungen, die Installationsgeometrie sowie die Prozessbedingungen berücksichtigt werden.

5. Welche Art von Radar ist es?80GHz Radar-Füllstandtransmitter?

80GHz Radar gehört zur Kategorie des Hochfrequenz-Radars ohne physischen Kontakt. Moderne industrielle 80GHz Produkte verwenden häufig FMCW Technologie, die hohe Frequenz, kurze Wellenlänge sowie einen relativ schmalen Strahl kombiniert, um den Füllstand von Flüssigkeiten und festen Körpern im Bulk-Bereich zu messen.

Der schmale Strahl kann Interferenzen von Schiffswänden, Balken, Rohren und anderen inneren Bauteilen reduzieren. Infolgedessen 80GHz Radar wird weithin in chemischen Tanks, Wasseraufbereitungssystemen, kompakten Prozessbehältern sowie Silos für Pulver- oder Körnmaterialien eingesetzt.

Der Strahlwinkel, der Messbereich, die Genauigkeit sowie die zulässigen Prozesstemperaturen oder -drücke sind herstelspezifische Parameter und sollten aus dem Datenblatt des ausgewählten Modells abgeklärt werden.

6. Was ist geführte Wellen-Radar?

Geführte Wellen-Radar, auch GWR genannt, basiert auf der TDR-Technologie (Time Domain Reflectometry).

Das Messgerät wird üblicherweise an der Oberseite des Behälters installiert, wobei ein metallischer Stab, ein Kabel oder eine koaxiale Sonde in den Prozess hineinreichen. Die Radarimpulse breiten sich entlang der Sonde aus. Sobald das Signal die Materialoberfläche erreicht, bewirkt die Änderung der dielektrischen Eigenschaften, dass ein Teil des Signals entlang derselben zurückreflektiert wird.

Das Gerät bestimmt die Materialposition anhand der Laufzeit des Radarimpulses für die Hin- und Rückfahrt. Die Länge der Sonde wird in Abhängigkeit vom Messbereich und der Geometrie des Gefäßes gewählt und muss in jeder Anwendung nicht zwangsläufig bis zum Boden des Gefäßes reichen.

7. Wie wird das geführte Wellen-Radar nach Art der Sonde klassifiziert?

Das geführte Wellen-Radar kann zusätzlich nach dem Aufbau der Sonde unterteilt werden, darunter Stab-, Kabel- und Koaxialsonden.

Stabsonde GWR

Verwendet einen starren metallischen Stab und eignet sich für zahlreiche Anwendungen im kurzen bis mittleren Bereich mit Flüssigkeiten sowie ausgewählten festen Materialien.

Kabelsonde GWR;

verwendet ein flexibles Kabel und ist für höhere Schiffe oder längere Messbereiche geeignet, unter Berücksichtigung der Sondenbewegung, der Zugkräfte sowie der internen Strukturen.

Koaxial-GWR

Verwendet eine koaxiale Sondenkonstruktion, um einen konzentrierteren Signalpfad zu gewährleisten, und wird häufig für ausgewählte Flüssigkeiten sowie für anspruchsvollere Messbedingungen eingesetzt.

Einige Produkte für geführte Wellen-Radar verwenden zudem Doppelstangen-, Doppelkabel- oder andere spezielle Sondenkonstruktionen. Die Auswahl hängt vom Mediumtyp, vom Messbereich, von den dielektrischen Eigenschaften, der Viskosität, dem Schaumstoffgehalt, der inneren Struktur sowie den mechanischen Installationsbedingungen ab.

8. Warum eignet sich geführte Wellen-Radar für Grenzflächenmessungen?

Wenn zwei nicht mischbare Flüssigkeiten getrennte Schichten bilden, kann die Änderung der Dielektrizitätskonstante zwischen der oberen und der unteren Flüssigkeit eine zweite Radarreflexion erzeugen. Bestimmte Instrumente für geführte Wellen-Radar können sowohl die Oberfläche der oberen Flüssigkeit als auch die Flüssigkeits-Grenzfläche analysieren. Für die Grenzflächenmessung mit

sind die dielektrischen Eigenschaften beider Flüssigkeiten, die Dicke der oberen Schicht, die Emulsionsschicht sowie die Prozessbedingungen zu berücksichtigen. Daher sollte ein speziell für die Schnittstellenmessung entwickeltes Modell ausgewählt werden.

9. Was ist der Unterschied zwischen kontaktlosem Radar und Wellenleitradar?

Vergleichspunkt	Nicht-kontaktfähiges Radar:	Geleitwellen-Radar:
Kontakt mit dem Medium:	Die Antenne befindet sich üblicherweise oberhalb des Mediums:	Stab oder Kabel tritt in das Prozessmedium ein:
Ausbreitungsweg:	Freiraum:	entlang der Sonde:
interne Hindernisse:	die Montage sollte Reflexionen an Wänden, Strahlen und anderen Strukturen minimieren:	das Signal ist entlang der Sonde konzentriert. Die Sonde selbst sollte jedoch von internen Metallstrukturen befreit bleiben.
Rührvorrichtungen	können häufig durch eine geeignete Montageposition vermieden werden.	Das Risiko eines mechanischen Kontakts zwischen Sonde und Rührvorrichtung sollte bewertet werden.
Schnittstellenmessung	misst in der Regel die oberste Prozessfläche.	Ausgewählte Modelle unterstützen die Messung der Flüssig-Flüssig-Grenzfläche.
Wartung:	Die kontaktlose Konstruktion reduziert in der Regel die Wartungsaufwand.	Es sollten die Probenakkumulation, die mechanische Belastung sowie die Prozesshaftung berücksichtigt werden.

10. Ist das kontaktlose Radar von Staub, Temperatur und Dampf beeinflusst? Das Radar von

nutzt elektromagnetische Wellen, sodass Änderungen der Lufttemperatur und des Luftdrucks keine Entfernungsfehler aufgrund von Veränderungen der Schallgeschwindigkeit verursachen – im Gegensatz zu Ultraschallmessungen. Zudem bietet das Radar in staubigen sowie dampfreichen Umgebungen in der Regel einen weiten Betriebsbereich.

Die tatsächliche Leistung kann weiterhin durch extremen Staub, starke Kondensation, Ablagerungen auf der Antenne, hohen Dampfdruck, dielektrische Eigenschaften sowie die Auswirkungen von Prozesstemperatur und -druck auf die Antenne, die Dichtungen und die mechanische Konstruktion beeinflusst werden.

Für anspruchsvolle Anwendungen sollten daher das passende Radarmodell, das geeignete Antennendesign und die entsprechende Prozesskompatibilität gewählt werden.

11. Wann sollte über einen kontaktlosen Radarverfahren nachgedacht werden?

Das Erfassungselement sollte nicht im Kontakt mit dem Medium stehen.

Korrosive oder kontaminationsanfällige chemische Medien.

Pulvere, Granulate sowie Bulk-Feststoff-Silos

Hochtemperatur-, Vakuum- oder druckbelastete Prozesse

Große Lagertanks sowie lange Messbereiche

Die Geometrie des Behälters ermöglicht einen ungestörten Radarbahnbetrag

12. In welchen Fällen kann ein geführte Wellen-Radar angewendet werden?

Messung der flüssig-flüssigen Grenzfläche ist erforderlich

Das Gefäß ist schmal oder der Montagebereich ist begrenzt

Die Flüssigkeitsoberfläche weist starke Bewegungen auf

Ausgewählte Anwendungen mit Schaumstoff oder Dampf

Anwendungen mit Bypass-Kammer oder externer Kammer

Die Sonde kann sicher installiert werden, ohne die Prozessanlagen zu beeinträchtigen

13. Welche Informationen sind für die Auswahl eines Radar-Niveausmessgeräts erforderlich?

Auswahlparameter	Informationen zur Bestätigung
Prozessmedium	Flüssigkeit, Suspension, Pulver, Granulate oder anderes Feststoffmaterial
Messaufgabe	Kontinuierlicher Füllstand, Messung des Füll- bis Feststoffpegels oder der Flüssigkeit-Flüssigkeit-Grenzfläche
Messbereich	Maximale und minimale Füllpegel sowie Gesamtmessabstand
Dielektrische Eigenschaften	Für Medien mit geringer Dielektrizitätskonstante ist besondere Aufmerksamkeit auf die Echo-Stärke erforderlich
Prozesstemperatur	Minimale, normale und maximale Betriebstemperatur
Prozessdruck	Vakuumatmosphärische oder positive Druckbedingungen
Prozessbedingungen	Schaum, Dampf, Kondensation, Staub, Rütteln und Ansammlung
Gefäßgeometrie	Tankdurchmesser, Höhe, Düse, Träger, Rührer sowie interne Hindernisse;
– Ausgabeschnittstelle:	4-20mA, HART, RS485 Modbus RTU oder eine andere erforderliche Schnittstelle

FAQ

Frage 1: Welche beiden Hauptarten von Radar-Niveausmessgeräten gibt es?

Antwort 1: Sie werden im Allgemeinen in kontaktloses Radar und geführtes Wellen-Radar unterteilt. Beim kontaktlosen Radar werden elektromagnetische Wellen durch den freien Raum übertragen, während beim geführten Wellen-Radar Radarimpulse über eine metallische Sonde geleitet werden.

Frage 2: Was ist der Unterschied zwischen Puls-Radar und FMCW-Radar?

A2: Das Pulsradar bestimmt die Entfernung anhand der Laufzeit des Pulses, während das FMCW-Radar die Entfernung anhand der Frequenzdifferenz zwischen dem ausgesendeten Frequenzbereich und dem zurückkehrenden Echo ermittelt.

Frage 3: Welche Art von Radar ist es?80GHz Radar?

A3: 80GHz Radar ist in der Regel eine Hochfrequenz-Technologie ohne physischen Kontakt, und moderne industrielle Produkte setzen sie häufig ein. FMCW Messung.

Q4: Wird das Geleitetwellen-Radar als kontaktbasierte Messmethode betrachtet?

A4: Da der Stab, das Kabel oder die koaxiale Sonde in das Prozessmedium eintreten und mit diesem in Kontakt kommen, wird das geführte Wellen-Radar aus Sicht der Installation üblicherweise als kontaktbasierte Technologie für die kontinuierliche Füllstandmessung klassifiziert.

Q5: Muss die Sonde des geführten Wellen-Rads den Boden des Behälters erreichen?

A5: Nein. Die Länge der Sonde sollte entsprechend dem Messbereich, der Geometrie des Behälters sowie den Anforderungen des jeweiligen Messgeräts gewählt werden.

Q6: Welche Probenarten sind für das geführte Wellen-Radar verfügbar?

A6: Zu den gängigen Sondenkonstruktionen gehören Stab-, Kabel- und Koaxialsonden. Einige Produkte bieten zudem Doppelstab-, Doppelkabel- oder andere spezialisierte Bauformen an.

Q7: Welcher Radartyp ist für Silos mit Feststoffen am besten geeignet?

A7: Hochfrequenz-Radare ohne direkten Kontakt werden häufig für Silos mit Pulver- und Körnstoffen eingesetzt, insbesondere dort, wo große Reichweiten, starker Staub oder komplexe innere Strukturen vorliegen. Ausgewählte Radarprodukte für geleitete Wellen können je nach Mechanik der Sonde und den Materialeigenschaften auch für Festkörper eingesetzt werden.

Q8: Welche Radartechnologie eignet sich für die Messung der Grenzfläche zwischen zwei Flüssigkeiten?

A8: Ein geführtes Wellen-Radar mit dedizierter Schnittstellenmessfunktion wird häufig zur kontinuierlichen Messung von zwei nicht mischbaren Flüssigkeitsschichten eingesetzt. Die dielektrischen Eigenschaften beider Medien müssen bestätigt werden.

Fazit

Radarmessgeräte können im Allgemeinen in kontaktlose Radarsysteme und Radarsysteme auf Basis geführter Wellen unterteilt werden. Kontaktlose Radarsysteme senden elektromagnetische Wellen durch den freien Raum aus und lassen sich weiter in Pulsradarsysteme und FMCW Radar. Je nach Betriebsfrequenz können industrielle Produkte traditionelle Radaranlagen mit niedrigeren Frequenzen umfassen, etwa im Bereich von 24 GHz.26GHz Radar sowie moderne 60-GHz-Systeme oder 80GHz Radar.

Das geführte Wellen-Radar leitet Radarimpulse über einen metallischen Stab, ein Kabel oder eine koaxiale Sonde weiter und kann je nach Aufbau der Sonde weiter unterteilt werden. Aufgrund seines fokussierten Ausbreitungswegs eignet sich diese Technik für ausgewählte Anwendungen, bei denen die Messung von Oberflächenbewegungen sowie von Grenzflächen zwischen Schaumstoff und Flüssigkeit oder zwischen zwei Flüssigkeiten erforderlich ist.

METRAVON Radarmessprodukte können je nach Prozessmedium, Messbereich, Temperatur, Druck, dielektrischen Eigenschaften, Schaumstoff, Dampf, Staub, Gefäßgeometrie sowie Anforderungen an die Automatisierungs-Schnittstellen entweder als kontaktlos oder als Wellenradar ausgewählt werden, wobei sie Unterstützung für industrielle Schnittstellen wie 4-20mA bieten. mA und RS485 Modbus RTU für die compatiblen und skalierbaren kontinuierlichen Pegelmessungen in Tanks, Prozessbehältern sowie Bulk-Schüttgutsilos.