FMCW-Radar-Füllstandmessung: Prinzipien und Auswahl

I. Was ist ein FMCW Radar-Niveaumesser?

– Ein frequenzmodulierter kontinuierlicher Wellen-Radar-Niveaumesser wird üblicherweise als … bezeichnet.FMCW Radar-Niveaumessgerät.

Die interne Schaltung erzeugt ein kontinuierlich variierendes Radar-Signal und sendet dieses über eine Antenne zur Oberfläche des gemessenen Mediums aus. Sobald das Signal die Materialoberfläche erreicht hat, wird es reflektiert. Das Gerät analysiert den Frequenzunterschied zwischen dem gesendeten Signal und dem zurückkehrenden Echo, um die Entfernung zwischen dem Radar und der Oberfläche des Mediums zu berechnen, und wandelt diese Entfernung anschließend in den Flüssigkeits- oder Materialstand um.

Einige FMCW Radargeräte verwenden die Betriebsfrequenzvon 24 GHz sowie eine Abtastbandbreite von etwa 1 GHz () für die lineare Abtastung. Die Betriebsfrequenz, der Abtastbereich sowie die Messleistung variieren je nach Modell; die spezifischen technischen Spezifikationen sollten auf dem entsprechenden Produkt-Datasheet basieren.

FMCW Radar-Füllstandmessgeräte können für folgende Anwendungen verwendet werden:

• Kohle;

• Zement;

• Getreide;

• Aluminiumoxid;

• Kalkstein;

• Chemische Rohstoffe usw.;

Diese werden in Lagerbehältern, Silos sowie Verarbeitungsbehältern in Branchen wie Zement-, Chemie-, Umweltschutz-, Kraftwerks- und Lebensmittelverarbeitungsindustrie eingesetzt;

II. Wie funktioniert ein Pulsradar-Flüssigkeitsniveaumesser?

Ein Pulsradar-Flüssigkeitsstandmessgerät verwendet Mikrowellenpulse zur kontinuierlichen Standmessung.

Der grundlegende Messprozess lässt sich wie folgt zusammenfassen:

Übertragung eines Mikrowellenpulses → Reflexion an der Mediumoberfläche → Empfang des Echos → Berechnung der Ausbreitungszeit → Bestimmung der Entfernung → Umwandlung in den Flüssigkeitsstand.

Radar-Flüssigkeitsstandmessgeräte können zur kontinuierlichen Messung von Flüssigkeiten, Suspensionen sowie granularen Materialien eingesetzt werden.

Bei geeigneten Modellen und Betriebsbedingungen können diese auch in industriellen Umgebungen eingesetzt werden, in denen erhebliche Temperatur- oder Druckänderungen auftreten oder in denen inerte oder flüchtige Gase vorhanden sind.

Da eine kontaktlose Mikrowellenmessung verwendet wird, benötigt das Gerät im Allgemeinen keine mechanischen Messkomponenten, um direkt mit der Oberfläche des Mediums in Kontakt zu treten; es kann daher auf verschiedenen Arten industrieller Behälter installiert werden.

III.Was bestimmt den Preis eines Pulsradar-Flüssigkeitsstandmessgeräts?

– Für Pulsradar-Flüssigkeitsstandmessgeräte gibt es keinen einheitlichen Preis.

Der tatsächliche Preis hängt im Allgemeinen von den folgenden Faktoren ab:

• Messbereich;

• Betriebsfrequenz;

• Antennenstruktur;

• Prozessanbindung;

• Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit;

• Anforderungen an die Druckbeständigkeit;

• Korrosionsbeständige Materialien;

• Schutz- oder Explosionssicherheitsanforderungen;

• Signalausgabe;

• Spezifisches Modell.

Daher können Produkte mit dem gleichen allgemeinen Namen „Radar-Flüssigkeitsstandmessgerät" aufgrund von Unterschieden in der Produktstruktur sowie in den Anwendungsbedingungen erheblich unterschiedliche Preise aufweisen.

Bevor ein Produkt gekauft wird, sollten zunächst das Medium sowie die Gegebenheiten vor Ort bestimmt und anschließend ein Angebot auf Basis des jeweiligen Modells erstellt werden.

IV. Welche Merkmale weisen geführte Wellen-Radar-Flüssigkeitsstandmessgeräte auf?

Geführte Wellen-Radar-Systeme unterscheiden sich von Freiraum-Radar-Systemen.

Das Radar-Signal bewegt sich entlang eines Leitstabs oder eines Stahlkabels. Wenn das Signal die Oberfläche des Mediums erreicht, wird es reflektiert und entlang des ursprünglichen Pfades zurück zum Instrument zurückgeleitet.

Die geführte Wellenstruktur ermöglicht es der Radarenergie, entlang der Sonde konzentriert zu bewegen – was bei kleineren Schiffen sowie bei Anwendungen mit Medien mit niedrigen dielektrischen Eigenschaften Vorteile bietet.

Gemeinsame Merkmale von geführten Wellen-Radar-Flüssigkeitsstandmessgeräten umfassen:

• kompakte Gerätestruktur;

• relativ geringe Installationsplatzanforderungen;

• geeignet für kleine Speichertanks;

• Energie ist entlang der Sonde konzentriert;

• relativ stabile Echo-Signale;

• Parameter können über ein lokales Anzeigemodul konfiguriert werden;

• Eignet sich für verschiedene komplexe Anwendungen zur Messung von Flüssigkeitsstanden.

Einige geführte Wellen-Radar-Geräte verwenden eine Zweitkabel-Stromversorgung – dadurch können sowohl die Stromversorgung als auch die Übertragung des Prozesssignals über ein einziges Zweikabel-Kabel erfolgen.

Es ist zu beachten, dass die spezifische Blindzone, die Genauigkeit, die Wiederholbarkeit sowie der anwendbare Mediumbereich gemäß den technischen Spezifikationen des jeweiligen Modells bestimmt werden müssen.

– Warum eingeschaltete Wellenradar geeignet für kleine Lagerbehälter ist?;

– Freiraum-Radar erfordert einen bestimmten Radarstrahl, der innerhalb des Gefäßes gebildet werden muss;

– Bei Gefäßen mit relativ kleinem Durchmesser oder zahlreichen inneren Strukturen können die Tankwände sowie interne Komponenten zusätzliche Reflexionen erzeugen.

Der geführte Wellenradar leitet das Signal über einen Sondenstift oder ein Stahlkabel – dies kann die Wechselwirkung zwischen dem Freiraum-Radarstrahl und umgebenden Strukturen reduzieren.

Daher kann der geführte Wellenradar unter Berücksichtigung der tatsächlichen Standortbedingungen für folgende Anwendungen eingesetzt werden:

• Kleine Lagerbehälter;

• Enge Installationsräume;

• Bestimmte Betriebsbedingungen mit schwankenden Flüssigkeitsoberflächen.

VI.Welche Funktion hat die Antenne eines Radar-Flüssigkeitspegelmessgeräts?

– Die Antenne ist eine wichtige Komponente eines Radar-Pegelmesssystemes.

Der Radar-Sensor sendet über die Antenne elektromagnetische Wellen auf die Oberfläche des Mediums; gleichzeitig ist die Antenne zuständig für die Empfangung der von der Oberfläche des Mediums reflektierten Echosignale.

Dies kann wie folgt verstanden werden:

Die Antenne übernimmt sowohl die Sendung als auch die Empfangung von Radarsignalen.

Die Antennenstruktur beeinflusst:

• die Radarstrahlabdeckung;

• die Signalfokussierungsfähigkeit;

• die Installationsabmessungen;

• die Verbindung mit Verarbeitungsanlagen;

• die Anpassungsfähigkeit an Staub- oder Materialansammlungen;

• die Leistung unter verschiedenen Medienbedingungen.

Häufig verwendete Radarantenne-Typen umfassen:

• Stabtyp;

• Horntyp;

• Integrierter Horntyp;

• Parabolischer Typ;

• Array-Typ;

• Hygienischer Typ;

• Planar-Typ;

• Fallförmiger Typ.

Unterschiedliche Antennen eignen sich für verschiedene Standortbedingungen und sollten entsprechend den Gegebenheiten des Mediums sowie des Behälters ausgewählt werden.

VII.Was ist der Unterschied zwischen einem Ultraschall-Niveaumesser und einem Radar-Niveaumesser?

Der grundlegendste Unterschied zwischen Ultraschall-Niveaumessern und Radar-Niveaumessern liegt in der Art des verwendeten Messsignals.

Ultraschall-Niveaumessern werden Schallwellen verwendet.

Radar-Niveaumessern werden elektromagnetische Wellen verwendet.

– Für Betriebsbedingungen, bei denen auf der Flüssigkeitsoberfläche Schaum vorhanden ist,Es kann nicht einfach angenommen werden, dass alle Radarinstrumente den Schaum durchdringen können. Die Dicke des Schaums, der Wassergehalt sowie die Struktur können alle den tatsächlichen Echo beeinflussen.

Daher muss die spezifische Anwendbarkeit je nach Medium und Produktmodell weiterhin bestätigt werden.

VIII. Wie funktioniert das Messprinzip eines Radar-Wasserstandmessgeräts?

Einige geführte Wellen-Radarinstrumente nutzen zur Messung die Zeitbereichs-Reflektometrie.

Elektromagnetische Pulse bewegen sich entlang eines Stahlkabels oder einer Messsonde. Wenn sie auf die Oberfläche des gemessenen Mediums treffen, wird ein Teil des Signals reflektiert – dadurch entsteht ein Echo –, das anschließend entlang des ursprünglichen Ausbreitungswegs zum Messgerät zurückkehrt.

Das Gerät berechnet den Abstand vom Messpunkt der Sonde zur Oberfläche des Mediums auf Grundlage der Rundlaufausbreitungszeit des elektromagnetischen Pulses und konvertiert diesen Abstand anschließend in den tatsächlichen Flüssigkeitsstand um.

Diese Messmethode kann auch zur Überwachung des Wasserstands sowie anderer Flüssigkeitsstände eingesetzt werden.

IX.Für welche Industrien eignen sich intelligente Radar-Flüssigkeits- und Feststoffniveaumessgeräte?

Intelligente Radar-Niveaumessgeräte können zur kontinuierlichen Niveaumessung von Feststoffen, granularen Materialien sowie Pulvern eingesetzt werden.

Typische Anwendungsbereiche umfassen:

• Kohle;

• Kraftwerksbetrieb;

• Erdöl;

• Chemikalien;

• Metallurgie;

• Lebensmittel;

• Allgemeine Industrie.

Häufig verwendete Anwendungen umfassen:

• Kohlesiloen;

• Ashesiloen;

• Siloen für feste granulare Materialien;

• Slurriespeicherbehälter;

• Öltanks;

• Säure- und Alkalispeicherbehälter.

Die Radar-Niveaumessung ist eine kontaktlose Messmethode und kann für verschiedene leitende sowie nicht-leitende Medien eingesetzt werden.

Bei viskosen, heißen, unter variierendem Druck, staubigen oder korrosiven Medien sollte je nach den tatsächlichen Betriebsbedingungen eine geeignete Antenne, ein geeignetes Material sowie ein passendes Radarmodell ausgewählt werden.

X. Welchen Zweck haben Standards für Radar-Flüssigkeitsstandmessgeräte?

Standards für Radar-Flüssigkeitsstandmessgeräte dienen der Regulierung des Geräteentwurfs, der Herstellung, der Prüfung sowie der Anwendung.

Für Hersteller können die Standards Folgendes umfassen:

• Neue technische Anforderungen;

• Neue Fachbegriffe;

• Prüfverfahren;

• Sicherheitsanforderungen;

• Anforderungen an die Produktleistung.

Bei ingenieurwissenschaftlichen Projekten ist es wichtiger zu ermitteln, welche Normen gemäß den Projektanforderungen vorgeschrieben sind und ob das jeweilige Produkt den technischen Anforderungen des Projekts entspricht.

Daher sollten Normen als wichtige Grundlage für das Produktdesign sowie für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen angesehen werden – und nicht einfach als Werbeinhalte genutzt werden.

– Welche Bedingungen müssen bei der Auswahl eines Radar-Niveaumessgeräts bestätigt werden?;

Häufig gestellte Fragen (FAQ);

Frage 1: Was ist der Unterschied zwischen einem FMCW Radar und einem Pulse Radar?

FMCW-Radar bestimmt die Entfernung, indem es kontinuierlich die Frequenz abtastet und die Frequenzdifferenz zwischen dem gesendeten Signal und dem zurückkehrenden Echo analysiert; das Pulsradar bestimmt die Entfernung hauptsächlich durch die Analyse der Rundweglaufzeit von Radarpulsen. Beide Technologien können für die kontinuierliche Niveaumessung verwendet werden.

Q2: Können FMCW-Radar-Nivelmessgeräte ausschließlich für feste Stoffe verwendet werden?

Nein.Je nach Modell kann der FMCW Radar sowohl für die Messung des Feststoffniveaus als auch für die Messung des Flüssigkeitsniveaus verwendet werden. Die tatsächliche Anwendung hängt vom Produktdesign sowie von den Betriebsbedingungen vor Ort ab.

Q3: Warum eignet sich der geführte Wellen-Radar für Medien mit niedriger Dielektrizitätskonstante?

Der geführte Wellen-Radar konzentriert und leitet elektromagnetische Energie entlang einer Sondenstange oder eines Stahlkabels – dadurch können in bestimmten Medien mit niedrigen dielektrischen Eigenschaften relativ stabile Echos erfasst werden.Die spezifische Mindestdielektrizitätsanforderung sollte jedoch weiterhin im Produkt-Datasheet überprüft werden.

Q4: Ist eine größere Antenne für Radar-Flüssigkeitspegelmessgeräte immer besser?

Nein. Die Antenne muss an die Betriebsfrequenz, den Messbereich, den Installationsraum sowie das Medium angepasst sein. Verschiedene Antennenstrukturen dienen unterschiedlichen Zwecken; die Leistung kann nicht allein anhand der Antennengröße bestimmt werden.

Q5: Ist ein Radar-Niveaumesser stets präziser als ein Ultraschall-Niveaumesser?

Dies kann nicht als absolute Aussage betrachtet werden; die tatsächliche Genauigkeit hängt vom jeweiligen Modell, der Messdistanz, dem Zustand des Mediums sowie den Installationsbedingungen ab. Unter komplexen Betriebsbedingungen – beispielsweise bei starkem Staub, Dampf oder Vakuum – bietet das Radar-Messgerät im Allgemeinen einen größeren Anwendungsbereich.

Q6: Kann ein Radar-Niveaumesser den tatsächlichen Flüssigkeitsstand unter Schaum messen?

Dies hängt von den Eigenschaften des Schaums ab. Verschiedene Schaumtypen verursachen unterschiedliche Stärken der Reflexion und Dämpfung von Radarwellen; daher sollte nicht angenommen werden, dass Radar alle Arten von Schaum durchdringen kann.

– Fazit;

– FMCW Radar-Niveaumessgeräte messen die Entfernung zur Oberfläche eines Mediums mithilfe einer kontinuierlichen Frequenzabtastung und können für die Niveauüberwachung von Kohle, Zement, Getreide, Aluminiumoxid, Kalkstein, chemischen Rohstoffen sowie anderen Materialien eingesetzt werden.

: Obwohl der Pulsradar, der FMCW-Radar sowie der geführte Wellen-Radar alle zu den Radar-Technologien für die Pegemessung gehören, unterscheiden sie sich hinsichtlich der Signalausbreitung sowie der Signalverarbeitungsmethoden.

Bei der praktischen Auswahl sollten folgende Faktoren besonders berücksichtigt werden:

– Mediumtyp, Messabstand, dielektrische Eigenschaften, Temperatur, Druck, Staub, Schaum, Dampf, Korrosivität, Viskosität sowie Antennenstruktur.

– Die Auswahl des geeigneten Radar-Arbeitsprinzips und der passenden Antenne entsprechend den spezifischen Betriebsbedingungen hat eine größere praktische Bedeutung als das einfache Vergleichen von Frequenz, Messbereich oder Preis.