FMCW Radar vs. Sensori di livello radar d'onda guidati: Principi, Differenze e Guida di selezione

Il radar free-space FMCW e il radar d'onda guidato sono entrambi ampiamente utilizzati per la misurazione del livello industriale continuo, ma i loro metodi di propagazione del segnale sono fondamentalmente diversi.Il radar FMCW trasmette onde elettromagnetiche modulate in frequenza attraverso lo spazio libero senza contattare il mezzo di processo, mentre il radar d'onda guidato dirige impulsi a microonde lungo un'asta, un cavo o una sonda coassiale.La selezione dovrebbe quindi essere basata sulle proprietà dei media, sulla costante dielettrica, sulla geometria dei vasi, sulla schiuma, sull'accumulo, sulla gamma di misura e sui requisiti di misurazione dell'interfaccia piuttosto che sulla frequenza da sola.

1. Differenza principale tra il radar FMCW e il radar d'onda guidato

FMCW Radar gratuito

Segnale percorso:Antenna → Spazio libero → Superficie del prodotto → Eco rifletto

Una tecnologia di misura senza contatto. Gli strumenti moderni FMCW 80GHz possono fornire una messa a fuoco stretta del fascio per liquidi, polveri, granuli e vasi con strutture interne complesse.

Radar a onde guidate (GWR)

Segnale percorso:Trasmettitore → Sonda canna/cavo/coassiale → Superficie del prodotto → Eco

Una tecnologia di misura di contatto normalmente basata sulla rifletmetria time-domain, adatta per il livello liquido, le applicazioni solide selezionate e la misurazione dell'interfaccia liquida-liquida.

2. Come funziona la misurazione del livello radar FMCW?

FMCW sta perFrequenza onda continua modulata. Lo strumento trasmette continuamente un segnale radar la cui frequenza cambia con il tempo. Il segnale riflesso ritorna all'antenna dopo un ritardo di propagazione. Poiché la frequenza trasmessa è in continuo cambiamento, una differenza di frequenza Δf esiste tra il segnale trasmesso corrente e il segnale ricevuto ritardato. L'elettronica analizza questa differenza per determinare la distanza dalla superficie del prodotto.

Importante:FMCW è un principio che va, non una banda di frequenza. Molti moderni strumenti radar industriali utilizzano circa 80GHz tecnologia FMCW, ma FMCW stesso può operare a diverse frequenze radar.

3. Perché è 80GHz FMCW Radar ampiamente utilizzato?

Narrow Beam

Alta frequenza combinata con un'antenna adatta può fornire un fascio stretto che aiuta a evitare pareti, tubi, supporti e agitatori.

Connessioni di processo compatte

Una buona messa a fuoco può essere raggiunta con antenne relativamente compatte, che è utile quando spazio serbatoio-top o dimensione ugello è limitata.

Misurazione di solidi in serie

Adatto per cemento, polvere minerale, grano, pellet di plastica e altri solidi di rinfusa dove la messa a fuoco del fascio stretto riduce le interferenze.

Design non connesso

Nessuna sonda è immersa nel prodotto, che è utile per i supporti corrosivi, viscosi, cristallizzanti o di rivestimento.

80GHz non significa che ogni strumento abbia un angolo di raggio fisso 3° o una precisione di ±1mm. Angolo di fascio, precisione, gamma, temperatura di processo e valutazioni di pressione dipendono dalla specifica progettazione dell'antenna e dello strumento.

4. Come funziona il Radar di Onda Guidata?

radar a onde guidate, chiamato ancheradar GWR o TDR, lancia impulsi a microonde ad alta frequenza in una barra metallica, cavo o sonda coassiale. Il polso viaggia lungo la sonda e si riflette parzialmente quando raggiunge un punto in cui la costante dielettrica cambia.

Lo strumento misura il tempo di viaggio del polso riflesso e calcola la distanza dalla connessione di processo alla superficie del prodotto. Poiché l'energia a microonde è guidata lungo la sonda, il percorso di misura è concentrato e può essere meno sensibile alla geometria del vaso, turbolenza e alcune condizioni di schiuma.

5. FMCW Free-Space Radar vs. Radar onda guidata

6. Quando FMCW Free-Space Radar dovrebbe essere valutato prima?

Viscoso o rivestimento media

Il radar non-contatto è attraente quando una sonda non deve rimanere immersa in un mezzo che facilmente ricopre o cristallizza.

Solidi Bulk

Cemento, polvere minerale, grano, cenere mosca, aggregati e pellet sono tipiche applicazioni radar free-space.

Interni complessi di navi

Un fascio stretto 80GHz è utile dove i supporti, le bobine, i tubi o le pareti dei vasi vicini devono essere evitati.

Prodotti corrosivi

La costruzione non-contatto riduce i componenti immersi, anche se la compatibilità del materiale dell'antenna e della connessione di processo deve ancora essere controllata.

7. Quando dovrebbe guidare Radar Onda essere valutato prima?

Liquidi di bassa dielettrica

Per alcuni idrocarburi, oli e solventi organici con riflessi deboli, GWR ad alta sensibilità con la sonda corretta può essere considerato.

Interfaccia liquida-liquida

L'olio/acqua e altri liquidi stratificato con sufficiente contrasto dielettrico sono applicazioni tipiche del radar d'onda guidato.

Camere strette e bypass

Le sonde asta e coassiali possono guidare l'energia a microonde attraverso uno spazio di misura limitato.

Applicazioni della turbolenza e della schiuma

La propagazione guidata può fornire eco stabili in molte applicazioni turbolente o schiumose, anche se le proprietà di schiuma devono ancora essere considerate.

8. FMCW o Radar d'onda guidato per schiuma?

La schiuma non deve essere classificata semplicemente come presente o assente. Il suo effetto dipende da spessore, densità, contenuto liquido e proprietà dielettriche.

Il radar d'onda guidato può spesso continuare lungo la sonda e identificare la superficie liquida sotto la schiuma leggera o moderata. Tuttavia, schiuma molto densa o ad alta dielettrica può generare la propria riflessione, causando lo strumento per rilevare la superficie della schiuma o un'altra interfaccia.

Il radar FMCW free-space deve essere valutato anche in base alla specifica struttura media e schiuma. Non è tecnicamente corretto per presumere che 80GHz fornisce automaticamente una maggiore penetrazione attraverso tutta la schiuma.

9. Perché il radar d'onda guidato è utile per la misurazione dell'interfaccia?

Quando un impulso radar raggiunge la superficie del liquido superiore, parte del segnale viene riflessa mentre l'energia rimanente continua giù la sonda. Se un secondo liquido con una costante dielettrica sufficientemente diversa è presente di seguito, un'altra riflessione può verificarsi all'interfaccia liquido-liquido.

Identificare entrambi gli eco, il trasmettitore può determinare il livello totale e la posizione dell'interfaccia. I sistemi petroliferi/acqua e liquidi/acqua organici a basso dielettrici sono esempi comuni.

Nota:Non ogni sistema a due liquidi è adatto per la misurazione dell'interfaccia. La costante dielettrica a strato superiore, il contrasto dielettrico, lo spessore dell'emulsione e la progettazione della sonda influenzano tutte le prestazioni.

Dieci. Guida rapida di selezione

11. Informazioni richieste prima della selezione

Media

Nome del prodotto
Liquido o solido
Proprietà elettriche
Viscosità
Tendenza di cristallizzazione o rivestimento

Vessel

Altezza del serbatoio
Diametro
Dimensioni ugello
Strutture interne
Agitatore o camera di bypass

Condizioni di lavoro

Temperatura
Pressione
Vaporizzatore
Schiuma
La polvere
turbolenza di superficie

Requisiti di misura

Ampiezza
Accuratezza
Misura dell'interfaccia
4–20mA/HART o RS485
Requisiti di area pericolosa

  FAQ

1. Il radar FMCW è sempre 80GHz?

No. FMCW descrive un principio di gamma di onde continue modulate in frequenza, non una banda di frequenza. Circa 80GHz radar FMCW è ampiamente utilizzato nella moderna misurazione del livello industriale, ma FMCW può operare a frequenze diverse.

2. Qual è la differenza tra FMCW e il radar di impulso?

Il radar di impulso determina normalmente la distanza dal tempo di viaggio di andata e ritorno degli impulsi radar. FMCW continuamente spazza la frequenza e determina la distanza dalla differenza di frequenza tra i segnali trasmessi e ricevuti. Entrambi possono fornire una misurazione affidabile del livello industriale.

3. Ogni radar d'onda guidato richiede un piatto di lancio di metallo?

No. I requisiti di installazione dipendono dalla sonda, dalla connessione di processo e dalla progettazione del trasmettitore. Una piastra metallica a dimensione fissa non deve essere trattata come un requisito GWR universale.

4. Il radar d'onda guidato può misurare il livello liquido sotto schiuma?

In molte applicazioni di schiuma leggera e moderata può, ma le prestazioni dipendono dalle proprietà dielettriche e dalla densità della schiuma. Schiuma densa può generare la propria riflessione.

5. Il radar 80GHz può misurare liquidi dielettrici?

Può essere valutato, ma la costante dielettrica bassa normalmente produce una riflessione superficiale più debole. Campo di misura, progettazione dell'antenna, condizioni del prodotto e sensibilità del trasmettitore devono quindi essere considerati.

6. Il radar d'onda guidato è adatto per la misurazione dell'interfaccia olio-acqua?

Si'. L'acqua-olio e altri liquidi stratificato con sufficiente contrasto dielettrico sono applicazioni comuni di interfaccia GWR. Gli strati di emulsione spesso possono rendere il rilevamento dell'interfaccia più difficile.

7. Quale radar è meglio per i solidi di massa?

Grande cemento, polvere minerale, grano e silos simili normalmente favoriscono il radar free-space 80GHz. GWR può essere utilizzato in applicazioni solide selezionate, ma il carico della sonda, l'abrasione e l'accumulo deve essere considerato.

8. Quale tecnologia è migliore per liquidi ad alta viscosità?

Se il prodotto è probabile che crei un accumulo pesante su una sonda immersa, il radar FMCW non contatto viene normalmente valutato prima. Il radar d'onda guidato può ancora essere appropriato quando la viscosità è moderata e la misurazione dell'interfaccia è richiesta.

9. Quali informazioni METRAVON ha bisogno di selezionare FMCW o radar d'onda guidato?

Si prega di fornire il medio, gamma di misura, proprietà dielettriche, temperatura, pressione, schiuma, accumulo, struttura della nave, dimensione dell'ugello, e se è richiesta la misurazione dell'interfaccia.

Conclusioni

I principali punti di forza del radar free-space FMCW sono la misurazione senza contatto, la messa a fuoco del fascio stretto, l'intervallo di misura lungo e l'ampia idoneità per solidi e vasi complessi. Il radar d'onda guidato fornisce un percorso a microonde definito lungo la sonda e offre particolari vantaggi per i supporti a bassa dielettrica, le geometrie confinate e la misurazione dell'interfaccia liquida-liquida.

Le due tecnologie sono complementari piuttosto che sostituzioni dirette. Il radar FMCW di 80GHz è spesso valutato prima per i supporti viscosi o di rivestimento, le gamme lunghe e i solidi di massa, mentre il radar d'onda guidato è particolarmente utile per la misurazione dell'interfaccia, i liquidi selezionati a basso dielettrico, le camere di bypass e le applicazioni geometricamente confinate.

METRAVON raccomanda di confermare il mezzo di processo, la gamma, le proprietà dielettriche, la temperatura, la pressione, la schiuma, l'accumulo, l'interno della nave e la connessione di processo disponibile prima di selezionare la tecnologia radar.