Medición de nivel por radar FMCW: principios y selección

I. ¿Qué es un medidor de nivel por radar FMCW?

: Un medidor de nivel por radar de onda continua modulada en frecuencia se conoce comúnmente como unMedidor de nivel por radar FMCW.

Su circuito interno genera una señal de radar con variación continua y la transmite a través de una antena hacia la superficie del medio medido. Una vez que la señal llega a la superficie del material, se refleja. El instrumento analiza la diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y el eco recibido para calcular la distancia desde el radar hasta la superficie del medio, y luego convierte dicha distancia en nivel de líquido o nivel del material.

Algunos instrumentos de radar de FMCW utilizan unFrecuencia de operación de 24 GHz y ancho de banda de barrido de aproximadamente 1 GHz () para escaneo lineal. La frecuencia de operación, el rango de barrido y el rendimiento de medición varían según el modelo; las especificaciones exactas deben basarse en la hoja de datos correspondiente del producto. Los medidores de nivel

FMCW pueden utilizarse para:

• Carbón;

• Cemento;

• Granos;

• Alúmina;

• Caliza;

• Materias primas químicas, etc.;

Se utilizan en tanques de almacenamiento, silos y recipientes de proceso en sectores industriales como el cemento, la industria química, la protección ambiental, la generación de energía y el procesamiento de alimentos;

II. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un medidor de nivel de líquido por radar de pulso?

El medidor de nivel de líquido por radar de pulsos utiliza pulsos de microondas para la medición continua del nivel.

El proceso básico de medición puede resumirse así:

Transmisión de un pulso de microondas → Reflexión desde la superficie del medio → Recepción del eco → Cálculo del tiempo de propagación → Obtención de la distancia → Conversión en nivel

Los medidores de nivel de líquidos por radar pueden utilizarse para la medición continua de líquidos, suspensiones y materiales granulares.

Con modelos adecuados y bajo condiciones operativas apropiadas, estos instrumentos también pueden aplicarse en entornos industriales con variaciones significativas de temperatura o presión, o en aquellos lugares donde se encuentren gases inertes o gases volátiles.

Dado que se utiliza una medición por microondas sin contacto, el instrumento generalmente no requiere componentes de medición mecánicos para entrar en contacto directo con la superficie del medio y puede instalarse en diversos tipos de recipientes industriales.

III.¿Qué determina el precio de un medidor de nivel de líquido con radar de pulso?

No existe un precio uniforme para los medidores de nivel de líquido con radar de pulso.

El precio real está generalmente relacionado con los siguientes factores:

• Rango de medición;

• Frecuencia de operación;

• Estructura de la antena;

• Conexión de proceso;

• Requisitos de resistencia a la temperatura;

• Requisitos de resistencia a la presión;

• Materiales resistentes a la corrosión;

• Requisitos de protección o resistencia a explosiones;

• Salida de señal;

• Modelo específico.

Por lo tanto, los productos con el mismo nombre general «medidor de nivel de líquido por radar» pueden tener precios significativamente diferentes debido a las diferencias en su estructura y en las condiciones de aplicación.

Antes de realizar la compra, es necesario confirmar primero el medio y las condiciones del sitio; a continuación, se deberá proporcionar una cotización basada en el modelo específico.

IV. ¿Cuáles son las características de los medidores de nivel de líquido por radar de onda guiada?

El radar de onda guiada difiere del radar de espacio libre.

La señal de radar se propaga a través de una varilla guía o de un cable de acero. Cuando la señal llega a la superficie del medio, se refleja y regresa al instrumento siguiendo el mismo trayecto original.

La estructura de onda guiada permite que la energía radar se propague de forma concentrada a lo largo de la sonda, lo que ofrece ventajas en ciertos buques de pequeño tamaño y en aplicaciones que involucran medios con baja propiedad dieléctrica.

Las características comunes de los medidores de nivel líquido basados en radar de ondas guiadas incluyen:

• Estructura compacta del instrumento;

• Requisitos relativamente reducidos de espacio de instalación;

• Idóneo para tanques de almacenamiento de pequeño tamaño;

• La energía se concentra a lo largo de la sonda;

• Señales de eco relativamente estables;

• Los parámetros pueden configurarse mediante un módulo de visualización local;

• Es adecuado para diversos entornos complejos de medición del nivel de líquidos.

Algunos instrumentos de radar con ondas guiadas utilizan una fuente de alimentación de dos conductores, lo que permite completar tanto la alimentación eléctrica como la transmisión de la señal de proceso a través de un único cable de dos núcleos.

Cabe señalar que la zona ciega específica, la precisión, la repetibilidad y el rango de medio aplicable deben determinarse según las especificaciones técnicas del modelo correspondiente.

V. ¿Por qué el radar de ondas guiadas es adecuado para tanques de almacenamiento pequeños?

El radar de espacio libre requiere que se forme un haz de radar dentro del recipiente.

En recipientes con diámetros relativamente pequeños o con numerosas estructuras internas, las paredes del tanque y los componentes internos pueden generar reflexiones adicionales.

El radar de ondas guiadas guía la señal a través de una varilla de sonda o de un cable de acero, lo que puede reducir la interacción entre el haz de radar en espacio libre y las estructuras circundantes.

Por lo tanto, el radar de ondas guiadas puede evaluarse en función de las condiciones reales del sitio para:

• tanques de almacenamiento pequeños;

• espacios de instalación estrechos;

• determinadas condiciones operativas con superficies de líquido fluctuantes.

VI.¿Cuál es la función de la antena de un medidor de nivel líquido por radar?

La antena es un componente fundamental de un sistema de medición de nivel mediante radar.

El sensor de radar transmite ondas electromagnéticas hacia la superficie del medio a través de la antena; asimismo, la antena es responsable de recibir las señales de eco reflejadas desde la superficie del medio.

Puede entenderse de la siguiente manera:

La antena realiza tanto la transmisión como la recepción de señales de radar.

La estructura de la antena afecta:

• La cobertura del haz de radar;

• La capacidad de enfocamiento de la señal;

• Las dimensiones de instalación;

• La conexión del proceso;

• La adaptabilidad al acumulación de polvo o de materiales;

• El rendimiento bajo diferentes condiciones del medio.

Los tipos comunes de antenas de radar incluyen:

• Tipo varilla;

• Tipo corneta;

• Tipo corneta integrada;

• Tipo parabólico;

• Tipo matriz;

• Tipo higiénico;

• Tipo plano;

• Tipo en forma de caída.

Diferentes antenas son adecuadas para distintas condiciones del sitio y deben seleccionarse en función de las características del medio y del embarcadero.

VII.¿Cuál es la diferencia entre un medidor de nivel ultrasónico y un medidor de nivel por radar?

La diferencia más fundamental entre los medidores de nivel ultrasónicos y los medidores de nivel por radar es el tipo de señal de medición utilizada.

Los medidores de nivel ultrasónicos emplean ondas sonoras.

Los medidores de nivel por radar emplean ondas electromagnéticas.

Para condiciones operativas en las que se presente espuma en la superficie del líquido,No se puede asumir simplemente que todos los instrumentos de radar puedan penetrar la espuma; el grosor de la espuma, su contenido de agua y su estructura pueden influir en el eco real.

Por lo tanto, la aplicabilidad específica debe confirmarse según el medio y el modelo del producto.

VIII. ¿Cuál es el principio de medición de un medidor de nivel de agua por radar?

Algunos instrumentos de radar con ondas guiadas utilizan la reflectometría en el dominio temporal para la medición.

: Los pulsos electromagnéticos se propagan a través de un cable de acero o de una varilla sonda. Cuando estos pulsos llegan a la superficie del medio medido, parte de la señal se refleja para generar un eco y regresa al instrumento siguiendo el mismo trayecto de propagación original.

El instrumento calcula la distancia desde el punto de referencia de la sonda hasta la superficie del medio basándose en el tiempo de propagación de ida y vuelta del pulso electromagnético, y luego convierte dicha distancia en el nivel real del líquido.

Este método de medición también puede utilizarse para el monitoreo del nivel del agua y de otros niveles de líquidos.

IX.¿Para qué industrias son adecuados los medidores de nivel por radar inteligentes?

: Los medidores de nivel por radar inteligentes pueden utilizarse para la medición continua del nivel de sólidos, materiales granulares y polvos.

: Las industrias típicas incluyen:

• Carbón;

• Generación de energía;

• Petróleo;

• Productos químicos;

• Metalurgia;

• Alimentación;

• Industria general.

Las aplicaciones comunes incluyen:

• Silos de carbón;

• Silos de ceniza;

• Silos para materiales sólidos granulares;

• Tanques de almacenamiento de suspensión;

• Tanques de almacenamiento de aceite;

• Tanques de almacenamiento de ácidos y álcalis.

La medición de nivel por radar es un método de medición no contactista que puede utilizarse para diversos medios conductores y no conductores.

Para medios viscosos, de alta temperatura, con variación de presión, polvorientos o corrosivos, se debe seleccionar una antena, un material y un modelo de radar adecuados en función de las condiciones operativas reales.

X. ¿Cuál es el propósito de las normas relacionadas con los medidores de nivel de líquido por radar?

Las normas relacionadas con los medidores de nivel de líquido por radar se utilizan para regular el diseño, la fabricación, las pruebas y la aplicación de dichos instrumentos.

Para los fabricantes, los estándares pueden incluir:

• Nuevos requisitos técnicos;

• Nueva terminología;

• Métodos de prueba;

• Requisitos de seguridad;

• Requisitos de rendimiento del producto.

Para proyectos de ingeniería, resulta más importante confirmar qué normas exigen las especificaciones del proyecto y si el producto específico cumple con los requisitos técnicos relacionados con dicho proyecto.

Por ello, las normas deben considerarse una base fundamental para el diseño de productos y para las aplicaciones de ingeniería, y no únicamente como contenido promocional.

¿Qué condiciones deben confirmarse al seleccionar un medidor de nivel de radar?;

Preguntas frecuentes (FAQ);

Pregunta 1: ¿Cuál es la diferencia entre el radar FMCW y el radar de pulsos?

: El radar FMCW calcula la distancia mediante el barrido continuo de la frecuencia y el análisis de la diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y el eco recibido; por su parte, el radar de pulsos calcula principalmente la distancia analizando el tiempo de propagación de ida y vuelta de los pulsos radar. Ambas tecnologías pueden utilizarse para la medición continua del nivel.

Q2: ¿Pueden los medidores de nivel con radar FMCW utilizarse únicamente para materiales sólidos?

No.Según el modelo, el radar FMCW puede utilizarse tanto para la medición del nivel de materiales sólidos como para la medición del nivel de líquidos. La aplicación real depende del diseño del producto y de las condiciones operativas en el sitio.

Q3: ¿Por qué el radar de ondas guiadas es adecuado para medios con baja constante dieléctrica?

El radar de ondas guiadas concentra y guía la energía electromagnética a lo largo de una varilla de sonda o de un cable de acero, lo que permite obtener ecores relativamente estables en ciertos medios con propiedades dieléctricas bajas.No obstante, el requisito dieléctrico mínimo específico debe confirmarse a través de la hoja de datos del producto.

Q4: ¿Es siempre mejor utilizar una antena más grande para un medidor de nivel líquido por radar?

No. La antena debe adaptarse a la frecuencia de operación, al rango de medición, al espacio de instalación y al medio. Diferentes estructuras de antena cumplen funciones distintas; por ello, el rendimiento no puede determinarse únicamente en función del tamaño de la antena.

Q5: ¿Es siempre más preciso un medidor de nivel por radar que un medidor de nivel ultrasónico?

Esta afirmación no puede considerarse como una conclusión absoluta; la precisión real depende del modelo específico, de la distancia de medición, de las condiciones del medio y de las condiciones de instalación. En condiciones operativas complejas que impliquen polvo abundante, vapor o vacío, el radar generalmente presenta una gama de aplicaciones más amplia.

Q6: ¿Puede un medidor de nivel por radar medir el nivel real del líquido situado bajo una espuma?

Esto depende de las propiedades de la espuma. Diferentes tipos de espuma generan niveles distintos de reflexión y atenuación de las ondas de radar; por lo tanto, no se debe suponer que el radar pueda penetrar en todos los tipos de espuma.

: Conclusión;

: Los medidores de nivel de radar FMCW miden la distancia hasta la superficie de un medio mediante un escaneo continuo de frecuencia y pueden utilizarse para el monitoreo del nivel de carbón, cemento, granos, alúmina, piedra caliza, materias primas químicas y otros materiales.

: Aunque el radar de pulso, el radar FMCW y el radar de ondas guiadas pertenecen todas a la categoría de tecnologías de medición de nivel mediante radar, difieren en los métodos de propagación de la señal y de procesamiento de dicha señal.

En la selección práctica, se debe tener especial consideración en los siguientes factores:

Tipo de medio, distancia de medición, propiedades dieléctricas, temperatura, presión, polvo, espuma, vapor, corrosividad, viscosidad y estructura de la antena.

: El selección del principio de funcionamiento del radar y de la antena adecuados según las condiciones operativas específicas tiene una mayor relevancia práctica que simplemente comparar la frecuencia, el rango de medición o el precio.