Radar FMCW : avantages, installation et sélection

I. Qu'est-ce qu'une jauge de niveau radar FMCW?

Un instrument de mesure de niveau à radar à onde continue à modulation de fréquence est couramment appelé instrument de mesure de niveau FMCW.

Son principe de fonctionnement fondamental consiste à modifier continuellement la fréquence de transmission du radar dans une plage de fréquences donnée, puis à recevoir le signal réfléchi par la surface du milieu mesuré.L'instrument analyse la différence de fréquence entre le signal transmis et le signal d'écho pour calculer la distance entre le radar et la surface du milieu, puis convertit cette distance en niveau de liquide ou en niveau de matériau.

Certains instruments radar FMCW fonctionnant à 24 GHz utilisent une largeur de bande de balayage linéaire d'environ 1 GHz et effectuent un balayage périodique à travers l'antenne. Les fréquences de fonctionnement et les largeurs de bande de balayage varient selon les modèles ; les paramètres réels doivent être déterminés en se référant au document technique spécifique du produit.

II. Quelles sont les caractéristiques des mesures de niveau par radar FMCW ?

1. Mesure par balayage de fréquence continu

Le radar FMCW mesure la distance grâce à un balayage linéaire continu de fréquence.

Contrairement aux systèmes qui s'appuient exclusivement sur un signal à fréquence fixe, le radar à onde continue à modulation de fréquence détermine la position de la cible en fonction de la différence de fréquence entre le signal transmis et l'écho retourné ; il est donc adapté à la surveillance continue du niveau liquide ou de niveau de matériau.

2. Adapté à divers matériaux solides : les instruments de mesure de niveau à radar FMCW

peuvent être utilisés pour mesurer divers matériaux solides en vrac et matières premières industrielles, notamment :

• – Charbon ;

• – Ciment ;

• – Céréales ;

• Alumine ;

• Calcaire ;

• Matières premières chimiques ;

Dans des secteurs tels que le ciment, les produits chimiques, la protection de l'environnement, la production d'énergie et l'industrie agroalimentaire, la mesure par radar peut être utilisée pour le suivi continu du niveau dans les silos et les réservoirs de stockage ;

3. La mesure sans contact

utilise un radar en espace libre pour déterminer la distance jusqu'à la surface du matériau à l'aide d'ondes électromagnétiques ; cette méthode ne nécessite généralement pas que les composants de mesure entrent en contact direct avec le milieu.

Pour les poudres, les matériaux granulaires et certains milieux corrosifs, cette solution peut réduire l'usure ainsi que les problèmes de maintenance dus au contact direct entre les composants de mesure mécanique et le milieu.

III. Principaux avantages des instruments de niveau radar FMCW :

La plage d'application des instruments de niveau radar FMCW dépend de la fréquence radar, du type d'antenne, des capacités de traitement du signal et des conditions d'exploitation réelles.

Sous des conditions de fonctionnement appropriées, ses caractéristiques principales sont les suivantes :

• Mesure continue sans contact ;

• Adaptée aux liquides ou aux matériaux solides ;

• Adapté à la mesure du niveau sur des distances relativement longues ;

• : différentes antennes peuvent être configurées en fonction des conditions d'utilisation ;

• : peut être utilisé dans des environnements industriels présentant de la poussière, de la vapeur ou des milieux complexes ;

• : adapté pour les réservoirs d'entreposage, les silos et les récipients de processus ;

: les performances réelles doivent être évaluées en fonction du modèle spécifique, du milieu et des conditions d'installation ;

IV. Quels types d'antennes sont disponibles pour les mesures de niveau par radar ?Les mesures de niveau par radar

peuvent être équipées de différents types d'antennes en fonction des conditions d'application, notamment :

• antennes à cornet ;

• antennes paraboliques ;

• antennes en réseau ;

• antennes en tige ;

• antennes en forme de bâtonnet ;

• antennes planaires ;

• designs hygiéniques ;

. Ces antennes diffèrent par leur angle de champ, leurs dimensions d'installation, leur résistance à la corrosion, leur adaptabilité aux dépôts de matériaux ainsi que leurs connexions de processus.

Par conséquent, la sélection de l'antenne doit être adaptée au milieu et aux conditions de fonctionnement du site, plutôt que de s'inscrire uniquement dans la plage de mesure.

V. Comment choisir un modèle de mesure de niveau par radar ?

Lors de la sélection d'un modèle de mesure de niveau par radar, l'environnement de mesure réel doit être soigneusement évalué.

Les conditions de fonctionnement suivantes doivent être vérifiées :

• La présence de gaz volatils corrosifs au-dessus du milieu ;

• La présence de grandes quantités de vapeur d'eau ;

• ; La présence de grandes quantités de poussière ;

• ; La propension du milieu à se cristalliser ;

• ; La présence de grandes quantités de mousse sur la surface du liquide ;

• ; La fluctuation significative de la surface du liquide ;

• ; Le matériau mesuré étant un matériau en poudre ou granulaire ;

• ; La nature corrosive élevée du liquide ;

• ; La viscosité élevée du milieu.

De plus, les éléments suivants doivent également être confirmés :

• Distance maximale de mesure ;

• Température de processus ;

• Pression de processus ;

• Connexion d'installation ;

• Type d'antenne ;

La plage de mesure n'est qu'un paramètre lors de la sélection d'un radar et ne doit pas servir de critère unique pour choisir un modèle ;

VI. Quels facteurs doivent être pris en compte lors de l'installation d'un capteur de niveau à radar à onde guidée ?Le radar à ondes guidées

utilise une tige de guidage ou un câble en acier pour diriger le signal radar. Par conséquent, outre l'installation électrique, la position mécanique de l'élément à ondes guidées doit également être prise en compte.

1. Déconnecter l'alimentation avant le remplacement de l'instrument

Avant de retirer le capteur de niveau d'origine ou d'effectuer des travaux de câblage, déconnectez l'alimentation de l'instrument et manipulez les câbles de signal conformément aux réglementations de sécurité électrique en vigueur sur site.

: Rétablissez l'alimentation électrique uniquement après que l'installation et le câblage aient été terminés et vérifiés.

2. Évitez les entrées et les zones soumises à des perturbations importantes.

Le radar à ondes guidées ne doit pas être installé directement à l'entrée d'eau, aux entrées d'alimentation ou dans les zones où la surface du liquide fluctue fortement.

: Le liquide ou le matériau en entrée peut heurter la tige de sonde ou le câble en acier, ce qui peut provoquer des fluctuations de mesure.

Lors de l'installation, il convient de prévenir tout contact direct de l'élément d'onde guidée avec les structures suivantes :

• Murs de piscine ;

• Murs de réservoir ;

• Supports ;

• Tuyauteries ;

• Autres structures métalliques.

3. Maintenir une distance adéquate autour de la tige de sonde ou du câble en acier

Si le câble en acier pour onde guidée entre en contact avec un mur métallique, des réflexions supplémentaires peuvent survenir et un usure mécanique peut se développer au fil du temps.

Par conséquent, l'élément d'onde guidée doit être correctement positionné lors de l'installation, en maintenant la marge nécessaire en fonction de la structure réelle du navire.

La distance d'installation spécifique doit être déterminée conformément au manuel de l'instrument et à la structure réelle du site.

VII. Comment procéder à l'étanchéité du câble pour un radar à onde guidée outdoor ?

Dans des environnements extérieurs ou humides, l'entrée du câble fait partie des zones nécessitant une protection particulière.

Les points suivants doivent être pris en compte lors de l'installation du câble :

• Tirez fermement la gaine de câble ;

• Étanchez correctement les connexions des conduits ;

• Gardez l'intégrité hydrofuge de l'enclos de l'instrument ;

• Câbles blindés à la terre correctement;

• fournir une boucle d’égouttement avant que le câble entre dans l’instrument.

une boucle d’égouttage permet au câble de se plier vers le bas avant d’entrer dans l’instrument.

ceci permet à l’eau de pluie ou à la condensation de s’écouler à partir du point le plus bas, ce qui réduit le risque que l’eau se déplace le long du câble dans le boîtier de l’instrument.

VIII. Que faut-il considérer lors des essais d’isolation des câbles de Signal?

certains projets d’installation industrielle nécessitent des tests d’isolation après l’installation de câbles de signalisation.

par exemple, certaines spécifications de projet peuvent exiger:

• 500 VDC tension d’essai;

• 60 s durée d’essai;

• résistance d’isolation ≥20 MΩ.

il s’agit d’exigences particulières d’acceptation de projet et ne sont pas des paramètres universels pour tous les projets de jauge de niveau radar.

avant d’effectuer un essai d’isolation, confirmer que l’électronique de l’instrument a été déconnectée du circuit. L’essai devrait être effectué selon le manuel d’instrument et les spécifications électriques de projet pour empêcher la tension d’essai d’endommager l’équipement électronique.

IX. Comment une jauge de niveau Radar doit-elle être câblée? Les instruments de niveau Radar

peuvent utiliser différentes configurations d’alimentation et de sortie de signal.

avant le câblage, vérifiez toujours: plaque signaleur d’instrument

• ; Tension d’alimentation nominale

• ;

• Alimentation AC ou DC;

• Définitions des terminaux;

• Polarité du signal;

• Terminal de mise à la terre.

N'effectuez pas le câblage uniquement en fonction de votre expérience avec d'autres modèles d'instruments.

Certains documents d'installation pour des mesures de niveau par radar recommandent l'utilisation d'un câble à paire torsadée blindée présentant une section transversale du conducteur comprise entre environ 0,5 mm² et 2 mm².

La spécification réelle du câble doit être déterminée en fonction de :

• Alimentation de l'instrument ;

• Type de signal ;

• Distance du câble ;

• Normes électriques en place.

X.Procédure de câblage typique pour un capteur de niveau radar

: Le câblage sur site comprend généralement les étapes suivantes :

1. Désconnecter l'alimentation électrique ;

2. Vérifier la plaque d'identification de l'instrument ainsi que les exigences en matière d'alimentation ;

3. Ouvrir le compartiment des bornes de l'instrument ;

4. Insérer le câble dans l'instrument par l'intermédiaire de la gaine de câble ;

5. Connecter les fils d'alimentation et de signal en respectant les marquages des bornes ;

6. Appliquer la blindage et la mise à la terre conformément aux normes électriques.Spécifications ;

7. Vérifiez à nouveau le câblage et la polarité ;

8. Serrez la gaine de câble ;

9. Vérifiez l'étanchéité de l'enclos ;

10. Restaurez l'alimentation électrique après avoir vérifié que tout est correct.

La longueur spécifique de décapage des fils, les spécifications des outils et les procédures d'utilisation des bornes doivent être appliquées conformément au manuel correspondant au modèle concerné.

XI. Pourquoi les mesures de niveau par radar nécessitent-elles un blindage et une mise à la terre ?

Les sites industriels peuvent contenir des moteurs, des variateurs de fréquence, des pompes, des câbles de haute puissance ou d'autres équipements électriques susceptibles de générer des interférences électromagnétiques.

L'utilisation appropriée des câbles blindés et de la mise à la terre peut contribuer à améliorer la stabilité de la transmission du signal.

La décision de savoir si l'écran du câble doit être mis à la terre par un point unique ou selon une autre méthode doit être prise en fonction du manuel de l'instrument et des exigences de conception électrique du projet.

Une mise à la terre multipoint incorrecte peut créer des boucles de terre ; par conséquent, une méthode de mise à la terre unique et universelle ne doit pas être appliquée à chaque installation.

XII. Quel est l'objectif des normes relatives aux mesures de niveau par radar ?

Les normes relatives aux mesures de niveau par radar sont principalement utilisées pour réguler la conception, la fabrication, les essais, l'installation ainsi que les applications industrielles des produits.

Les projets d'ingénierie doivent se concentrer sur les exigences liées aux éléments suivants :

• Sécurité électrique ;

• Protection contre les explosions ;

• Protection de l'environnement ;

• Installation ;

• Interfaces de signalisation ;

• Spécifications techniques du projet ;

L'objectif des normes n'est pas simplement d'ajouter du contenu à la description d'un produit, mais de vérifier si un instrument répond aux exigences techniques et de sécurité du projet réel ;

XIII.Liste de vérification pour le choix d'un capteur de niveau par radar

FAQ

Q1: Qu’est-ce qu’une jauge de niveau Radar FMCW? Le radar

FMCW change en permanence la fréquence transmise et analyse la différence de fréquence entre le signal transmis et le signal réfléchi pour calculer la distance, qui est ensuite convertie en niveau de liquide ou de matériau.

Q2: est-ce que tous les indicateurs de niveau Radar FMCW utilisent 24 GHz?

No. 24 GHz est seulement une fréquence de fonctionnement utilisée par certains produits. Différents indicateurs de niveau radar peuvent utiliser des fréquences de fonctionnement et des bandes passantes de balayage différentes. Les paramètres spécifiques doivent être confirmés à partir de la fiche produit correspondante.

Q3: pourquoi le câble d’acier d’un Radar à ondes guidé devrait-il éviter le Contact avec la paroi du réservoir?

le Contact entre le câble d’acier et les structures métalliques peut générer des réflexions supplémentaires, tandis que le frottement à long terme peut également causer une usure mécanique. Par conséquent, un dégagement raisonnable devrait être maintenu pendant l’installation.

Q4: une jauge de niveau Radar doit-elle utiliser un câble de 0,5 à 2 mm²?

pas nécessairement. Cette gamme est spécifiée pour certains produits. La spécification réelle du câble devrait être déterminée en fonction du manuel d’instruments spécifique, de la distance du câble et des normes électriques sur place.

Q5: la confirmation de la plage de mesure à elle seule est-elle suffisante lors de la sélection d’une jauge de niveau Radar?

non. Le milieu, la température, la pression, la poussière, la vapeur, la corrosion, la cristallisation, la mousse, la viscosité, la connexion d’installation, et d’autres conditions de fonctionnement devraient également être confirmées.

Q6: pourquoi un câble de jauge de niveau Radar extérieur devrait-il avoir une boucle d’égouttement?

une boucle d’égouttement réduit le risque que l’eau de pluie ou la condensation se déplace le long du câble dans l’entrée du câble d’instrument et contribue à améliorer la fiabilité d’étanchéité des installations extérieures.

Conclusion

les instruments de niveau radar FMCW mesurent la distance à l’aide de signaux radar linéaires à balayage de fréquence et peuvent être utilisés pour la surveillance de niveau du charbon, du ciment, du grain, de l’alumine, du calcaire, des matières premières chimiques et d’autres médias.

Dans les applications pratiques, la performance de la mesure par capteur de niveau par radar dépend non seulement de la portée de mesure, mais est également étroitement liée aux caractéristiques du milieu

, ainsi qu'à la poussière, à la vapeur, à la corrosion, à la cristallisation, à la mousse, au type d'antenne et aux conditions d'installation.

Lors de l'installation d'un système radar à onde guidée, il convient de prêter une attention particulière à ce que la tige de sonde ou le câble en acier soient correctement positionnés et ne contactent pas les structures métalliques environnantes.

Pour l'installation électrique, une attention particulière doit être portée aux éléments suivants :

Alimentation électrique, bornes, blindage, mise à la terre et scellement d'entrée de câble ;

Les dimensions spécifiques, les spécifications des câbles, les paramètres de test et les méthodes de câblage doivent être déterminés en fonction de la fiche technique, du manuel d'installation et des spécifications électriques du projet pour le manoCapteur de niveau radar correspondant.