Types d'instruments de mesure de niveau radar

Types d'instruments de niveau à radar: guide de sélection des radars sans contact, FMCW et à ondes guidées.

Les instruments de niveau à radar utilisent des ondes électromagnétiques à haute fréquence pour mesurer la position des surfaces de liquides ou de matériaux en vrac. Ils sont largement utilisés pour la mesure continue du niveau dans des cuves de stockage industrielles, des récipients de procédé et des silos de matériaux en vrac.

Du point de vue de la méthode de mesure, la technologie de niveau par radar peut être divisée en deux catégories principales:le radar sans contactetle radar à ondes guidées (GWR).Le radar sans contact émet des ondes électromagnétiques à travers l'espace libre situé au-dessus du milieu, tandis que le radar à ondes guidées dirige des impulsions radar le long d'une tige, d'un câble ou d'une sonde coaxiale.

Ces deux catégories peuvent être subdivisées selon la technologie du signal, la fréquence de fonctionnement, la conception de l'antenne et la configuration de la sonde.

1. Quels sont les deux principaux types d'instruments de mesure de niveau par radar?

Catégorie:	Radar sans contact;	Radar à ondes guidées;
Propagation du signal;	Les ondes électromagnétiques se propagent dans l'espace libre à l'intérieur du vaisseau.	Les impulsions radar se propagent le long d'une sonde métallique:
– Contact avec le milieu;	– Fonctionnement sans contact;	– Barre ou câble pénètre et entre en contact avec le milieu;
– Installation typique;	– Installée en haut d'un réservoir ou d'un silo;	– Installée en haut, la sonde s'étendant à l'intérieur du récipient;
– Milieux typiques:	– Liquides, boues, poudres, granulés et solides en vrac;	– Liquides, boues sélectionnées et solides. et interfaces liquide-liquide
Caractéristiques principales	Fonctionnement sans contact, entretien relativement faible et installation flexible	Le signal est concentré le long de la sonde et peut être adapté à des surfaces complexes et des applications d'interface sélectionnées

2. Qu'est-ce qu'un instrument de niveau à radar sans contact?

Un instrument de niveau à radar sans contact, également appelé radar en espace libre, est généralement installé au sommet d'un réservoir ou d'un silo. Son antenne émet des ondes électromagnétiques vers la surface du matériau.

Ces ondes électromagnétiques se propagent dans l'espace libre au-dessus du milieu, se réfléchissent sur la surface du liquide ou du matériau solide, puis reviennent vers l'antenne. L'instrument analyse la relation temporelle ou fréquentielle entre les signaux transmis et réfléchis afin de calculer la distance, puis de la convertir en niveau.

Les conceptions communes d'antenne incluent des antennes de klaxon, des antennes de lentille et des antennes de processus encapsulées. La conception appropriée dépend de la fréquence de fonctionnement, du milieu de processus, de la température, de la pression et de la corrosivité.

3. Comment les instruments radar sans contact sont-ils classés par la technologie des signaux?

Du point de vue du traitement du signal, le radar sans contact peut principalement être divisé en radar à impulsionsEtFMCW radar.

3.1. Instruments de niveau radar à impulsions

Le radar à impulsions émet périodiquement de courtes impulsions micro-ondes et reçoit les réflexions provenant de la surface du matériau. La distance est déterminée à partir du temps de trajet aller-retour de l'impulsion.

Distance = Vitesse de l'onde électromagnétique × Temps d'aller-retour ÷ 2

Le radar à impulsions bénéficie d'une longue tradition d'utilisation industrielle et peut être appliqué aussi bien aux liquides qu'aux solides en vrac. Les performances réelles dépendent de la fréquence, de la conception de l'antenne, du traitement du signal et des conditions d'installation.

3.2. FMCW Instruments de niveau radar

FMCW est l'abréviation de Frequency Modulated Continuous Wave. Pendant chaque balayage de fréquence, l'instrument change continuellement la fréquence transmise. L'écho de retour présente une différence de fréquence par rapport au signal transmis en cours.

Cette différence de fréquence est liée à la distance cible, ce qui permet à l'instrument de déterminer la position de la surface du matériau grâce au traitement numérique du signal. FMCW est largement utilisé dans les instruments de radar sans contact à haute fréquence modernes.

Radar à impulsions

Détermine la distance par rapport au temps de déplacement des impulsions micro-ondes courtes.

FMCW Radar

Détermine la distance en fonction de la différence de fréquence entre les signaux transmis et réfléchis.

— 4. Les instruments de mesure de niveau radar peuvent-ils également être classés selon la fréquence?

Oui. Les produits de radar sans contact industriels sont disponibles dans différentes gammes de fréquences, y compris les radars traditionnels à basse fréquence, environ 24-26GHz Radar, et les technologies à haute fréquence modernes telles que 60GHz et 80GHz Radar.

La fréquence de fonctionnement influence la longueur d'onde, la taille de l'antenne ainsi que les caractéristiques du faisceau. Pour une taille d'antenne similaire, un radar fonctionnant à une fréquence plus élevée peut généralement produire un faisceau plus étroit, ce qui peut s'avérer utile pour les navires de petite taille, les buses longues, les réservoirs comportant des obstacles internes ou les silos remplis de matériaux solides.

La fréquence n'est qu'un des facteurs de sélection. Il convient également de prendre en compte la réflectivité intermédiaire, la condensation, la présence de mousse, l'accumulation de résidus, la géométrie d'installation ainsi que les conditions du procédé.

5. Quel type de radar est un 80GHz Transmetteur de niveau radar?

Le radar à 80GHz appartient à la catégorie des radars haute fréquence sans contact. Les produits industriels modernes 80GHz utilisent couramment la technologie FMCW et combinent haute fréquence, courte longueur d'onde et un faisceau relativement étroit pour la mesure de niveau liquide et en vrac-solide.

Le faisceau étroit peut réduire les interférences des parois des vaisseaux, des poutres, des tuyaux et d'autres structures internes. En conséquence, le radar à 80GHz est largement utilisé dans les réservoirs de produits chimiques, les systèmes de traitement de l'eau, les cuves de traitement compactes et les silos de poudre ou de matériaux granulaires.

L'angle de faisceau, la plage de mesure, la précision ainsi que les valeurs de température ou de pression de fonctionnement restent des paramètres spécifiques au produit et doivent être vérifiés dans la fiche technique du modèle sélectionné.

6. Qu'est-ce que le radar à ondes guidées?

Le radar à ondes guidées, ou GWR, repose sur la technologie TDR (réflectométrie en domaine temporel).

L'instrument est généralement installé en haut du récipient, une tige métallique, un câble ou une sonde coaxiale s'étendant dans le processus. Les impulsions radar se propagent le long de la sonde. Lorsque le signal atteint la surface du matériau, la modification des propriétés diélectriques provoque la réflexion d'une partie du signal le long de la sonde.

L'instrument détermine la position du matériau à partir du temps de parcours aller-retour de l'impulsion radar. La longueur de sonde est choisie selon la gamme de mesure et la géométrie de navire et ne doit pas nécessairement atteindre le fond de navire dans chaque application.

7. Comment classifie-t-on les radars à ondes guidées selon le type de sonde? Le radar à ondes guidées

peut être classé en fonction de la conception de la sonde, y compris les sondes tige, câble et coaxiales.

Sonde à tige GWR

Utilise une tige métallique rigide et convient à de nombreuses applications avec des liquides à courte ou moyenne portée, ainsi qu'à certains applications avec des solides.

: Sonde à câble, GWR.

: Utilise un câble flexible et convient aux navires plus hauts ou aux plages de mesure plus étendues, en tenant compte du mouvement de la sonde, de la tension et des structures internes.

: Sonde GWR coaxiale.

Utilise une structure de sonde coaxiale afin d'offrir un trajet de signal plus concentré; cette méthode est fréquemment appliquée à certains liquides et dans des conditions de mesure plus exigeantes.

Certains radars à ondes guidées utilisent également des structures de sonde particulières, telles que des doubles tiges, des doubles câbles ou d'autres configurations spécifiques. Le choix dépend du type de milieu, de la portée, des propriétés diélectriques, de la viscosité, de la présence de mousse, de la structure interne du milieu ainsi que des conditions d'installation mécanique.

8. Pourquoi le radar à ondes guidées est-il adapté à la mesure d'interfaces?

Lorsque deux liquides immiscibles forment des couches distinctes, la variation diélectrique entre le liquide supérieur et le liquide inférieur peut générer une seconde réflexion radar. Certains instruments radar à ondes guidées permettent d'analyser à la fois la surface du liquide supérieur et l'interface liquide-liquide. La mesure de l'interface

000000 nécessite de prendre en compte les propriétés diélectriques des deux liquides, l'épaisseur de la couche supérieure, la couche d'émulsion ainsi que les conditions du procédé. Il convient donc de sélectionner un modèle spécialement conçu pour la mesure d'interface.

9. Quelle est la différence entre le radar sans contact et le radar à ondes guidées?

Critère de comparaison	Radar sans contact:	Radar à ondes guidées:
Contact avec le milieu:	L'antenne se situe normalement au-dessus du milieu:	Une tige ou un câble pénètre dans le milieu de processus:
Chemin de propagation:	Espace libre:	Le long de la sonde:
Obstacles internes:	Le montage doit minimiser les réflexions sur les parois, les faisceaux et autres structures:	Le signal est concentré le long de la sonde. Cependant, la sonde elle-même doit rester éloignée des structures métalliques internes.
Agitateurs	Ces risques peuvent souvent être évités en choisissant une position de montage appropriée.	Il convient d'évaluer le risque de contact mécanique entre la sonde et l'agitateur.
Mesure de l'interface.	Elle mesure normalement la surface de processus la plus supérieure.	Certains modèles prennent en charge la mesure de l'interface liquide-liquide:
Entretien;	La conception sans contact réduit généralement les besoins d'entretien;	Il convient de prendre en compte l'accumulation de la sonde, le chargement mécanique et l'adhésion au procédé;

10. Le radar sans contact est-il affecté par la poussière, la température et la vapeur? Le radar

utilise des ondes électromagnétiques; ainsi, les variations de température et de pression de l'air n'entraînent pas d'erreurs de distance dues à des modifications de la vitesse du son, contrairement aux mesures ultrasoniques. En outre, ce radar offre généralement une large plage de fonctionnement dans des environnements poussiéreux ou riches en vapeur.

La performance réelle peut encore être influencée par la poussière extrême, la condensation sévère, l'accumulation sur l'antenne, la forte concentration de vapeur, les propriétés diélectriques, ainsi que par l'effet de la température et de la pression du procédé sur l'antenne, les joints et la structure mécanique.

Les applications exigeantes doivent donc être associées au modèle de radar approprié, à la conception d'antenne adaptée et à la certification de procédé correspondante.

11. Quand faut-il envisager l'utilisation d'un radar sans contact?

L'élément de détection ne doit pas rester en contact avec le milieu.

Milieux chimiques corrosifs ou sujets à la contamination.

Poudres, granulés et silos à solides en vrac

Procédés à haute température, sous vide ou sous pression

Réservoirs de stockage de grande capacité et plages de mesure étendues

La géométrie du récipient permet un trajet de faisceau radar clair

12. Dans quels cas le radar à ondes guidées peut-il être envisagé?

Une mesure de l'interface liquide-liquide est requise.

Le récipient est étroit ou l'espace de montage est limité.

La surface du liquide présente un mouvement important.

Applications spécifiques à la mousse ou à la vapeur.

Applications avec chambre de contournement ou chambre externe.

La sonde peut être installée en toute sécurité sans interférer avec l'équipement de procédé.

13. Quelles informations sont nécessaires pour la sélection d'un instrument de niveau radar?

Paramètre de sélection:	Informations de confirmation:
Milieu de processus:	— liquide, suspension, poudre, granulés ou autre solide en vrac; Tâche de mesure:
Niveau continu:	mesure du niveau en milieu solide ou de l'interface liquide-liquide
Plage de mesure	Niveau maximal et minimal ainsi que distance de mesure totale
Propriétés diélectriques	Les milieux à faible permittivité nécessitent une attention particulière quant à l'intensité des échos
Température de procédé	Température de fonctionnement minimale, normale et maximale
Pression de procédé	Vide, Conditions atmosphériques ou de pression positive
Conditions de procédé	mousse, vapeur, condensation, poussière, agitation et accumulation
géométrie du récipient	Diamètre du réservoir, hauteur, buse, poutres, agitateurs et obstacles internes Interface de sortie
	4-20mA, HART, RS485 Modbus RTU ou une autre interface requise

FAQ

Q1: Quels sont les deux types principaux d'instruments de mesure de niveau à radar?

R1: Ils se divisent généralement en radar sans contact et radar à ondes guidées. Le radar sans contact émet des ondes électromagnétiques à travers l'espace libre, tandis que le radar à ondes guidées dirige des impulsions radar le long d'une sonde métallique.

Q2: Quelle est la différence entre le radar à impulsions et le radar FMCW?

A2: Le radar à impulsions calcule la distance à partir du temps de propagation de l'impulsion, tandis que le radar FMCW détermine la distance à partir de la différence de fréquence entre le balayage émis et l'écho retourné.

Q3: Quel type de radar est 80GHz Un radar?

A3: 80GHz Radar est normalement une technologie de radar sans contact haute fréquence, et les produits industriels modernes utilisent couramment FMCW Mesure.

Q4: Le radar à ondes guidées est-il considéré comme une mesure à contact?

A4: La tige, le câble ou la sonde coaxiale pénètrent dans le milieu de processus et entrent en contact avec celui-ci; c'est pourquoi le radar à ondes guidées est couramment classé, du point de vue de l'installation, comme une technologie de mesure continue du niveau de type contact.

Q5: La sonde du radar à ondes guidées doit-elle atteindre le fond du réservoir?

A5: Non. La longueur de la sonde doit être choisie en fonction de la plage de mesure, de la géométrie du réservoir et des exigences du dispositif spécifique.

Q6: Quels types de sondes sont disponibles pour le radar à ondes guidées?

A6: Les conceptions de sondes courantes comprennent les types à tige, à câble et coaxial. Certains produits proposent également des configurations à double tige, à double câble ou d'autres structures spécialisées.

Q7: Quel type de radar est le plus adapté aux silos contenant des matériaux solides en vrac?

A7: Le radar sans contact à haute fréquence est largement utilisé pour les silos de poudres et de matériaux granulaires, notamment lorsque la portée est importante, que la poussière est abondante ou que la structure interne est complexe. Certains produits de radar à ondes guidées peuvent également être utilisés sur des solides, selon la mécanique de la sonde et les propriétés du matériau.

Q8: Quelle technologie radar est adaptée à la mesure de l'interface liquide-liquide?

A8: Le radar à ondes guidées, doté d'une fonction d'interface et de mesure dédiée, est couramment utilisé pour la mesure continue de deux couches liquides immiscibles. Il est nécessaire de confirmer les propriétés diélectriques des deux milieux.

: Conclusion.

Les instruments de niveau radar peuvent généralement être divisés en radar sans contact et radar à ondes guidées. Le radar sans contact transmet des ondes électromagnétiques à travers l'espace libre et peut être classé en radar à impulsions et FMCW radar. Par la fréquence de fonctionnement, les produits industriels peuvent inclure le radar traditionnel de basse fréquence, approximativement 24-26GHz Radar et moderne 60GHz ou 80GHz Radar.

Le radar à ondes guidées dirige des impulsions radar le long d'une tige métallique, d'un câble ou d'une sonde coaxiale et peut être divisé en fonction de la construction de la sonde. Son chemin de propagation concentré le rend approprié aux applications choisies impliquant la mesure extérieure de mouvement, de mousse et d'interface liquide-liquide.

METRAVON Les produits de mesure par radar peuvent être sélectionnés selon qu'il s'agit d'un radar sans contact ou d'un radar à ondes guidées, en fonction du milieu de processus, de la plage de mesure, de la température, de la pression, des propriétés diélectriques, de la nature de la mousse, de la vapeur, de la poussière, de la géométrie du récipient ainsi que des exigences relatives aux interfaces d'automatisation, avec prise en charge d'interfaces industrielles telles que 4-20mA et RS485 Modbus RTU Pour la mesure de niveau continue compatible et extensible dans des réservoirs, des navires de processus et des silos en vrac-solide.