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Tipos de instrumentos de medición de nivel por radar: Guía de selección de radares sin contacto, FMCW y de ondas guiadas.
Los instrumentos de medición de nivel por radar utilizan ondas electromagnéticas de alta frecuencia para medir la posición de superficies de líquidos o de sólidos en estado granular. Se emplean ampliamente para la medición continua del nivel en tanques industriales de almacenamiento, recipientes de proceso y silos de sólidos en estado granular.
Desde el punto de vista del método de medición, la tecnología de nivelación por radar puede clasificarse, en general, en dos categorías principales:radar sin contactoy radar de ondas guiadas(GWR)El radar sin contacto transmite ondas electromagnéticas a través del espacio libre situado sobre el medio, mientras que el radar de ondas guiadas dirige los pulsos radar a lo largo de una varilla, un cable o una sonda coaxial.
Estas dos categorías pueden clasificarse adicionalmente según la tecnología de señal, la frecuencia de operación, la construcción de la antena y el diseño de la sonda.
1. ¿Cuáles son los dos tipos principales de instrumentos de nivel por radar?
| Categoría: | Radar sin contacto; | Radar de ondas guiadas; |
|---|---|---|
| Propagación de señales; | Las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio libre dentro del recipiente. | Los pulsos de radar se propagan a lo largo de una sonda metálica: |
| – Contacto con el medio; | – Sin contacto; | – La varilla o el cable penetra y entra en contacto con el medio; |
| – Instalación típica; | – Montada en la parte superior de un tanque o silo; | – Montada en la parte superior, con la sonda extendida hacia el interior del recipiente; |
| – Medios típicos: | – Líquidos, suspensiones, polvos, gránulos y sólidos a granel; | – Líquidos, suspensiones seleccionadas y sólidos. e interfaces líquido-líquido |
| Características principales | Sin contacto, mantenimiento relativamente bajo y instalación flexible | La señal se concentra a lo largo de la sonda y puede adaptarse a superficies complejas seleccionadas y a aplicaciones de interfaz |
2. ¿Qué es un instrumento de nivelación por radar sin contacto?
Un instrumento de nivelación por radar sin contacto, también conocido como radar en espacio libre, se instala normalmente en la parte superior de un tanque o silo. Su antena transmite ondas electromagnéticas hacia la superficie del material.
Estas ondas electromagnéticas se propagan por el espacio libre situado sobre el medio, se reflejan en la superficie del líquido o del sólido y regresan hacia la antena. El instrumento analiza la relación temporal o de frecuencia entre las señales transmitidas y reflejadas para calcular la distancia y convertirla en un nivel.
Los diseños comunes de antenas incluyen antenas de cuña, antenas de lente y antenas de proceso encapsulado. El diseño adecuado depende de la frecuencia de operación, el medio de proceso, la temperatura, la presión y el grado de corrosividad.
3. ¿Cómo se clasifican los instrumentos de radar sin contacto según la tecnología de señal?
Desde el punto de vista del procesamiento de señales, el radar sin contacto puede clasificarse principalmente en radar de pulso.yFMCW radar.
3.1. Instrumentos de nivelación por radar de pulsos
El radar de pulsos transmite periódicamente pulsos cortos de microondas y recibe las reflexiones procedentes de la superficie del material. La distancia se calcula a partir del tiempo de ida y vuelta del pulso.
Distancia = Velocidad de la onda electromagnética × Tiempo de ida y vuelta ÷ 2
El radar de pulsos cuenta con una larga trayectoria de uso industrial y puede aplicarse tanto a líquidos como a sólidos en estado masivo. El rendimiento real depende de la frecuencia, el diseño de la antena, el procesamiento de la señal y las condiciones de instalación.
3.2. FMCW Instrumentos de nivelación por radar
FMCW se refiere a «Onda Continua Modulada por Frecuencia». Durante cada barrido de frecuencia, el instrumento modifica continuamente la frecuencia de la señal transmitida. El eco reflejado presenta una diferencia de frecuencia respecto a la señal transmitida en ese momento.
Esta diferencia de frecuencia está relacionada con la distancia al objetivo, lo que permite al instrumento determinar la posición de la superficie del material mediante el procesamiento digital de señales. El método FMCW se utiliza ampliamente en los instrumentos modernos de radar sin contacto de alta frecuencia.
El radar de pulsos
determina la distancia a partir del tiempo de viaje de pulsos cortos de microondas.
FMCW Radar
Determina la distancia en función de la diferencia de frecuencia entre las señales transmitida y reflejada.
4. ¿También pueden clasificarse los instrumentos de nivel por radar según su frecuencia?
Sí. Los productos de radar industrial sin contacto están disponibles en diferentes rangos de frecuencia, incluido el radar tradicional de baja frecuencia, aproximadamente entre 24 y 26GHz radar y tecnologías modernas de alta frecuencia, como 60 GHz y 80GHz radar.
La frecuencia de operación influye en la longitud de onda, el tamaño de la antena y las características del haz. Con un tamaño de antena similar, un radar de frecuencia más elevada puede generar, en general, un haz más estrecho, lo que resulta especialmente útil en embarcaciones de pequeño tamaño, con boquillas largas, tanques que presentan obstáculos internos o silos de material sólido en a granel.
La frecuencia es solo uno de los factores de selección; también deben considerarse la reflectividad media, la condensación, la presencia de espuma, el acumulado de material, la geometría de instalación y las condiciones del proceso.
5. ¿Qué tipo de radar es?80GHz Transmisor de nivel por radar?
80GHz El radar pertenece a la categoría de radares de alta frecuencia sin contacto. Los sistemas industriales modernos 80GHz Los productos suelen utilizar FMCW tecnología que combina alta frecuencia, longitud de onda corta y un haz relativamente estrecho para la medición de niveles de líquidos y de sólidos en estado masivo.
El haz estrecho puede reducir la interferencia provocada por las paredes del recipiente, los soportes, los tubos y otras estructuras internas. En consecuencia,80GHz El radar se utiliza ampliamente en tanques químicos, sistemas de tratamiento de agua, recipientes de proceso compactos y silos para polvos o materiales granulares.
El ángulo de la haz, el rango de medición, la precisión y las especificaciones de temperatura de proceso o de presión son parámetros específicos de cada producto y deben confirmarse en la ficha técnica del modelo seleccionado.
6. ¿Qué es el radar de ondas guiadas?
El radar de ondas guiadas, o GWR, se basa en la tecnología TDR (reflectometría en el dominio del tiempo).
El instrumento se instala normalmente en la parte superior del recipiente, mediante una varilla metálica, un cable o una sonda coaxial que se extiende hacia el interior del proceso. Los pulsos de radar se propagan a lo largo de la sonda. Cuando la señal alcanza la superficie del material, el cambio en sus propiedades dieléctricas provoca que una parte de la señal se refleje de nuevo a través de la sonda.
El instrumento determina la posición del material a partir del tiempo de ida y vuelta del pulso de radar. La longitud de la sonda se selecciona en función del rango de medición y la geometría del recipiente, y no necesariamente tiene que alcanzar el fondo del recipiente en todas las aplicaciones.
7. ¿Cómo se clasifica el radar de ondas guiadas según el tipo de sonda?
El radar de ondas guiadas puede clasificarse adicionalmente según el diseño de la sonda, incluyendo sondas de varilla, de cable y coaxiales.
Sonda de varilla GWR
Utiliza un varilla metálica rígida y es adecuado para numerosas aplicaciones con líquidos de corto a medio alcance, así como para ciertos tipos de sólidos.
Sonda por cable GWR
Utiliza un cable flexible y es adecuada para recipientes de mayor altura o rangos de medición más extensos, teniendo en cuenta el movimiento de la sonda, la tensión y las estructuras internas.
Sonda GWR coaxial
Utiliza una estructura de sonda coaxial para proporcionar un camino de señal más concentrado, y se aplica frecuentemente a líquidos seleccionados y a condiciones de medición más exigentes.
Algunos productos de radar de ondas guiadas también emplean estructuras de sonda especiales, como doble varilla, doble cable u otras variantes. La selección depende del tipo de medio, el alcance, las propiedades dieléctricas, la viscosidad, la presencia de espuma, la estructura interna y las condiciones de instalación mecánica.
8. ¿Por qué el radar de ondas guiadas es adecuado para la medición de interfaces?
Cuando dos líquidos inmiscibles forman capas separadas, el cambio dieléctrico entre el líquido superior y el inferior puede generar una segunda reflexión en el radar. Algunos instrumentos de radar basados en ondas guiadas permiten analizar tanto la superficie del líquido superior como la interfaz entre los líquidos. La medición de la interfaz
000000 requiere tener en cuenta las propiedades dieléctricas de ambos líquidos, el espesor de la capa superior, la capa de emulsión y las condiciones del proceso. Por lo tanto, se debe seleccionar un modelo diseñado específicamente para la medición de interfaces.
9. ¿Cuál es la diferencia entre el radar sin contacto y el radar de ondas guiadas?
| Ítem de comparación | Radar sin contacto | Radar de ondas guiadas |
|---|---|---|
| Contacto con el medio | La antena normalmente se mantiene por encima del medio | El bastón o cable entra en el medio de proceso |
| Trayectoria de propagación | Espacio libre | A lo largo de la sonda |
| Obstáculos internos | El montaje debe minimizar los reflejos en paredes, vigas y otras estructuras | La señal se concentra a lo largo de la sonda. pero la sonda en sí debe mantenerse alejada de las estructuras metálicas internas. |
| Agitadores. | Este aspecto puede evitarse frecuentemente mediante una posición de montaje adecuada. | Debe evaluarse el riesgo de contacto mecánico entre la sonda y el agitador. |
| Medición de la interfaz. | Por defecto se mide la superficie de proceso más superior. | Los modelos seleccionados admiten la medición de la interfaz líquido-líquido. |
| Mantenimiento: | La construcción sin contacto generalmente reduce la necesidad de mantenimiento. | Deben considerarse el acumulado en la sonda, el carga mecánica y la adherencia del proceso. |
10. ¿Está el radar sin contacto afectado por el polvo, la temperatura y el vapor? El radar
utiliza ondas electromagnéticas, por lo que los cambios en la temperatura y la presión del aire no provocan errores de distancia derivados de variaciones en la velocidad del sonido, a diferencia de lo que ocurre en las mediciones ultrasónicas. Asimismo, este tipo de radar suele ofrecer un amplio rango operativo en entornos polvosos y ricos en vapor.
El rendimiento real aún puede verse afectado por el polvo extremo, la condensación severa, la acumulación en la antena, el vapor abundante, las propiedades dieléctricas, así como el efecto que ejercen la temperatura y la presión del proceso sobre la antena, las juntas y la construcción mecánica.
Por tanto, las aplicaciones exigentes deben combinarse con el modelo de radar adecuado, el diseño de la antena y la clasificación para el proceso correspondiente.
11.¿En qué casos debe considerarse el uso de un radar sin contacto?
El elemento sensor no debe mantener contacto con el medio.
Medios químicos corrosivos o propensos a la contaminación.
Polvos, gránulos y silos de sólidos a granel
Procesos a alta temperatura, en vacío o bajo presión
Tanques de almacenamiento de gran tamaño y rangos de medición extensos
La geometría del recipiente permite un trayecto claro para el haz de radar
12. ¿En qué casos puede considerarse el uso de un radar de ondas guiadas?
Se requiere la medición de la interfaz líquido-líquido.
El recipiente es estrecho o el espacio de montaje es limitado.
La superficie del líquido presenta un movimiento intenso.
Aplicaciones seleccionadas con espuma o vapor.
Aplicaciones con cámara de derivación o cámara externa.
La sonda puede instalarse de forma segura sin interferir con el equipo del proceso.
13. ¿Qué información se requiere para la selección de un instrumento de nivelación por radar?
| Parámetro de selección | Información para confirmar |
|---|---|
| Medio de proceso | Líquido, suspensión, polvo, gránulos u otro sólido en estado libre |
| Tarea de medición | Nivel continuo, Medición del nivel en fase sólida o de la interfaz líquido-líquido |
| Rango de medición | Nivel máximo y mínimo, y distancia total de medición |
| Propiedades dieléctricas | Los medios de baja constante dieléctrica requieren atención adicional respecto a la intensidad del eco |
| Temperatura del proceso | Temperatura de operación mínima, normal y máxima |
| Presión del proceso | Vacío, condiciones atmosféricas o de presión positiva; |
| : Condiciones de proceso; | : Espuma, vapor, condensación, polvo, agitación y acumulación; |
| : Geometría del recipiente | Diámetro del tanque, altura, boquilla, vigas, agitadores y obstáculos internos — Interfaz de salida |
| 4-20mA, HART, RS485 Modbus RTU u otra interfaz requerida; |
Preguntas frecuentes
P1: ¿Cuáles son los dos tipos principales de instrumentos de medición de nivel por radar?
A1: En general, se clasifican en radar sin contacto y radar de ondas guiadas. El radar sin contacto transmite ondas electromagnéticas a través del espacio libre, mientras que el radar de ondas guiadas dirige pulsos radar a lo largo de una sonda metálica.
P2: ¿Cuál es la diferencia entre el radar de pulsos y el radar FMCW?
A2: El radar de pulso calcula la distancia a partir del tiempo de propagación del pulso, mientras que el radar FMCW determina la distancia mediante la diferencia de frecuencia entre el barrido transmitido y el eco reflejado.
Pregunta 3: ¿De qué tipo de radar se trata?80GHz¿Radar?
A3: 80GHz El radar es, por lo general, una tecnología de radar de alta frecuencia sin contacto, y los productos industriales modernos suelen emplearla. FMCW medición.
P4: ¿Se considera que el radar de ondas guiadas es una medición por contacto?
A4: La varilla, el cable o la sonda coaxial penetran en el medio de proceso y entran en contacto con él; por este motivo, el radar de ondas guiadas se clasifica habitualmente, desde el punto de vista de la instalación, como una tecnología de medición continua de nivel de tipo de contacto.
P5: ¿Debe la sonda del radar de ondas guiadas alcanzar el fondo del tanque?
A5: No. La longitud de la sonda debe seleccionarse en función del rango de medición, la geometría del recipiente y los requisitos del instrumento específico.
Q6: ¿Qué tipos de sonda están disponibles para el radar de ondas guiadas?
A6: Los diseños comunes de sonda incluyen los tipos de varilla, cable y coaxial. Algunos productos también ofrecen configuraciones de doble varilla, doble cable u otras estructuras especializadas.
Q7: ¿Qué tipo de radar es más adecuado para silos de materiales sólidos en gran cantidad?
A7: El radar sin contacto de alta frecuencia se utiliza ampliamente en silos para polvos y materiales granulares, especialmente cuando se requieren un alcance prolongado, la presencia de mucho polvo o estructuras internas complejas. Ciertos productos de radar de ondas guiadas también pueden utilizarse en sólidos, dependiendo de la mecánica de la sonda y de las propiedades del material.
Q8: ¿Qué tecnología de radar es adecuada para la medición de la interfaz entre líquidos?
A8: El radar de ondas guiadas, que cuenta con una interfaz y capacidad de medición dedicadas, se utiliza comúnmente para la medición continua de dos capas de líquidos inmiscibles. Es necesario verificar las propiedades dieléctricas de ambos medios.
: Conclusión.
Los instrumentos de medición de nivel mediante radar pueden clasificarse, en general, en radar sin contacto y radar de ondas guiadas. El radar sin contacto transmite ondas electromagnéticas a través del espacio libre y puede subdividirse, a su vez, en radar de pulsos y FMCW radar. En función de la frecuencia de operación, los productos industriales pueden incluir radares tradicionales de baja frecuencia, aproximadamente entre 24 y 26GHz radar y tecnología moderna de 60 GHz o 80GHz radar.
El radar de ondas guiadas dirige los pulsos radar a través de una varilla metálica, un cable o una sonda coaxial, y puede clasificarse adicionalmente según la configuración de la sonda. Su trayectoria de propagación concentrada lo hace idóneo para aplicaciones específicas que requieren el monitoreo de movimientos superficiales, así como la medición de la interfase entre espuma y líquido, o entre líquidos.
METRAVON Los productos de medición de nivel mediante radar pueden seleccionarse como radar sin contacto o radar de ondas guiadas en función del medio de proceso, el rango de medición, la temperatura, la presión, las propiedades dieléctricas, la espuma, el vapor, el polvo, la geometría del recipiente y los requisitos de interfaz de automatización, contando además con soporte para interfaces industriales como 4-20mA y RS485 Modbus RTU para la medición continua de niveles, compatible y escalable, en tanques, recipientes de proceso y silos para sólidos a granel.
