Misuratore di livello a radar ad alta frequenza: caratteristiche, applicazioni e guida alla selezione

Misuratore di livello a radar ad alta frequenza METRAVON: caratteristiche, applicazioni e guida alla selezione. Il modello

è un misuratore di livello a radar ad alta frequenza che misura il livello inviando onde elettromagnetiche verso la superficie del materiale e ricevendo il segnale riflesso. L'apparecchio calcola la distanza tra l'antenna e la superficie liquida o solida, convertendo tale distanza in un valore di livello continuo. Il radar industriale a spazio libero

Il radar a spazio libero industriale ha storicamente utilizzato frequenze quali 6 GHz, 10 GHz e 26GHz, mentre approssimativamente 80GHz Il radar è oggi ampiamente utilizzato sia in applicazioni con liquidi sia in quelle con materiali solidi in massa. Il principale vantaggio ingegneristico dei radar a frequenza più elevata non consiste semplicemente in una «maggiore precisione», bensì nella capacità di raggiungereun fascio più stretto, un'area di misurazione più concentrata e una migliore separazione dei bersagli grazie a un'antenna relativamente compatta.

1. Quali sono le caratteristiche principali dei misuratori di livello a radar ad alta frequenza?

Fascio più stretto

Con una dimensione dell'antenna simile, un radar a frequenza più elevata può generalmente ottenere un fascio più stretto, riducendo i riflessi provenienti da strutture adiacenti.

Progettazione di antenna compatta

Un'antenna di dimensioni ridotte può comunque garantire elevate prestazioni di focalizzazione, semplificando l'installazione su connessioni di processo di piccole dimensioni e in spazi limitati.

Migliorata separazione dei bersagli

Il fascio stretto facilita l'evitamento di agitatori, tubi, travi strutturali, pareti dei contenitori e altri ostacoli interni.

Maggiore flessibilità di installazione

Particolarmente utile in condotti stretti, silos alti, ugelli di piccole dimensioni e in applicazioni caratterizzate da una geometria interna complessa.

Ad esempio, quando le dimensioni dell'antenna sono mantenute simili,80GHz Il radar può fornire un fascio notevolmente più stretto rispetto a 26GHz radar. L'angolo finale del fascio dipende sia dalla frequenza operativa sia dalle dimensioni dell'antenna.

2. Qual è la differenza tra 26GHz E 80GHz Il radar?

26GHz rimane una frequenza radar industriale consolidata e affidabile.80GHz È diventato sempre più diffuso, poiché la sua lunghezza d'onda più breve rende più agevole realizzare sistemi a fascio stretto utilizzando antenne compatte.

3. Perché il radar a alta frequenza è particolarmente adatto ai solidi massivi?

Le superfici solide massicce differiscono dalle superfici liquide lisce. I picchi e i lembi del materiale, l'angolo di riposo, le superfici irregolari, la granulometria, le proprietà dielettriche, il contenuto di umidità e l'angolo di incidenza possono tutti influenzare il segnale radar riflesso.

Il vantaggio principale del radar ad alta frequenza nelle applicazioni sui solidi, pertanto, non è una regola semplice del tipo «particelle più piccole producono sempre un eco ad alta frequenza più intenso». I principali vantaggi sono invece i seguenti:

Area di misurazione concentrata;

un fascio stretto permette di focalizzarsi su una porzione più ristretta della superficie del materiale, riducendo i riflessi indesiderati sulle pareti del silo;

riduzione delle interferenze strutturali;

risulta più semplice evitare di colmare tubi, strutture di rinforzo, travi e altri ostacoli fissi.

Adatto per silos alti e stretti.

La minore distanza tra i fasci luminosi consente di mantenere la zona di misurazione focalizzata anche su distanze elevate.

Moderno 80GHz Il radar è oggi ampiamente impiegato per materiali in polvere e granulari, inclusi silos di grande altezza e applicazioni caratterizzate da strutture interne complesse.

4. Perché il radar ad alta frequenza è utile nei serbatoi di piccole dimensioni?

La sfida principale in un recipiente di piccole dimensioni non è generalmente la distanza totale da misurare, bensì lo spazio di installazione limitato e la stretta prossimità di pareti, ugelli, agitatori e tubazioni interne.

Il radar ad alta frequenza può generare un fascio stretto grazie a un'antenna compatta, il che consente:

• di adattare connessioni di processo di dimensioni ridotte;

• di ridurre gli echi falsi provenienti dalle pareti del recipiente e dagli ugelli.

• Evitare tubi, agitatori e componenti strutturali in prossimità;

• Migliorare la flessibilità di montaggio in spazi ristretti.

La distanza minima di misurazione, o limite di campo vicino, non può essere determinata semplicemente in base alla lunghezza dell'antenna. Dipende dal progetto completo dello strumento, che comprende l'elettronica del radar, l'antenna, l'elaborazione del segnale, i collegamenti di processo e gli algoritmi interni. La scheda tecnica del modello selezionato deve pertanto essere utilizzata per la progettazione ingegneristica finale.

5. Una frequenza più elevata implica sempre una maggiore precisione?

No.

La frequenza operativa influisce sulla larghezza del fascio, sulle dimensioni dell'antenna e sulla capacità di separazione tra bersaglio e sistema di rilevamento; tuttavia, l'accuratezza finale delle misurazioni dipende anche dai seguenti fattori:

• Progettazione dell'elettronica radar e del trattamento del segnale;

• Proprietà dielettriche del mezzo;

• Costruzione dell'antenna;

• Condizioni di montaggio;

• Raggio di misurazione;

• Geometria superficiale di liquidi o di materiali solidi in massa;

• Temperatura e ambiente di processo.

Per questo motivo, "80GHz è sempre più accurato di 26GHz non costituisce una regola generale valida. I vantaggi più consistenti del radar ad alta frequenza sonouna larghezza del fascio più ristretta, un design d'antenna compatto e una migliore separazione di bersagli vicini.

6. Quali sono i vantaggi del radar ad alta frequenza nei silos polverosi?

La polvere è comune negli stoccaggi di materiali in granuli. Un fascio radar stretto può contribuire a ridurre le riflessioni indesiderate provenienti dalle pareti dei silos e dai componenti strutturali, mantenendo al contempo l'area di misurazione più focalizzata.

Tuttavia, non è corretto affermare che i radar a frequenza più elevata «penetrino sempre meglio la polvere». Le prestazioni di misurazione in condizioni di polvere dipendono inoltre dai seguenti fattori:

• concentrazione di polvere;

• caratteristiche delle particelle;

• accumulo di polvere sull'antenna;

• riflettività del materiale;

• intervallo dinamico del radar;

• capacità di elaborazione degli echi.

per applicazioni in ambienti fortemente polverosi, la selezione dello strumento dovrebbe tenere conto della larghezza del fascio, della geometria dell'antenna, del grado di contaminazione dell'antenna, delle capacità di elaborazione del segnale e della necessità di un sistema di purga con aria.

7. Come gestire la condensazione, l'accumulo di residui e la vapore?

Il radar è una tecnologia di misurazione senza contatto, ma l'antenna rimane comunque esposta all'atmosfera del veicolo. La condensazione, i depositi di polvere, la cristallizzazione o la formazione di rivestimenti sulla superficie dell'antenna possono pertanto influenzare la trasmissione e la ricezione del segnale.

Antenna a lente in PTFE o in polimero;

Una superficie liscia può contribuire a ridurre alcuni tipi di accumulo di sostanze e, qualora il materiale sia idoneo al processo in questione, può inoltre garantire resistenza alla corrosione.

Geometria dell'antenna a drenaggio

Le forme di antenna selezionate sono progettate per favorire il drenaggio del condensato, evitando che esso rimanga sotto forma di film liquido persistente.

Spurgaggio con aria

In presenza di polvere densa o di cristallizzazione, una connessione per lo spurgaggio con aria può contribuire a mantenere pulita la superficie dell'antenna.

8. Come gestire le applicazioni ad alte temperature?

L'operatività a temperature elevate deve essere valutata in base alla classificazione di temperatura complessiva dello strumento, piuttosto che sulla semplice presenza di un tubo di raffreddamento.

Diversi tipi di radar possono impiegare:

• Estensioni dell'antenna;

• Sigillature per processi ad alta temperatura;

• Strutture di isolamento termico;

• Elettronica remota o separata;

• Antenne dedicate per alte temperature e connessioni per i processi.

La temperatura di processo, la temperatura ambiente, i materiali di sigillatura e i limiti di temperatura per l'elettronica devono essere tutti confermati dal foglio di dati specifico dello strumento.

9. Il radar può misurare attraverso la parete di un contenitore?

Dipende dal materiale del contenitore.

Un misuratore di livello a radar convenzionale in spazio liberoNon è possibile effettuare misurazioni attraverso la parete di un contenitore metallico, poiché il metallo riflette fortemente l'energia delle microonde.

In alcune applicazioni selezionate, è possibile effettuare misurazioni isolate attraverso una finestra non metallica o la parete di un contenitore che presenti una sufficiente trasparenza alle microonde alla frequenza operativa. Il materiale, lo spessore, le proprietà dielettriche e la geometria devono essere valutati e testati.

Nota di selezione: il montaggio esterno tramite la parete di un contenitore pernon deve essere considerato un vantaggio generale del radar ad alta frequenza. I serbatoi metallici standard richiedono un collegamento di processo superiore adeguato oppure una finestra di misurazione progettata specificamente.

10. Tipi comuni di antenna per radar a elevate frequenze

11. Cosa va preso in considerazione nella scelta di un radar a elevate frequenze?

Mezzo;

Stato fisico: liquido o solido;
Proprietà dielettriche;
Dimensione delle particelle;
Polvere;
Corrosività;

Vaso;

Altezza e diametro;
Apertura del processo;
Strutture interne;
Variazioni di materiale;
Posizione di montaggio;

Condizioni di processo;

Temperatura;
Pressione;
Vapore
Condensazione
Accumulo

Requisiti di sistema

4-20mA
HART
RS485/Modbus
Area pericolosa
Protezione contro l'ingresso

La selezione deve confrontare l'angolo del fascio effettivo, l'intervallo di misurazione massimo, la distanza minima di misurazione, le dimensioni dell'antenna e l'idoneità del mezzo per il dispositivo specifico. La frequenza da sola non è sufficiente per la selezione ingegneristica.

12. Come devono essere interpretate le specifiche tecniche tipiche?

Le seguenti informazioni sono destinate esclusivamente a costituire un riferimento generale per la selezione.per i misuratori di livello a radar ad alta frequenza di uso industriale, e non devono essere considerati una specifica universale applicabile a ogni caso METRAVON modello.

FAQ: misurazione del livello mediante radar ad alta frequenza;

Q1: Per «radar a alta frequenza» si intende 26GHz o 80GHz?

Il termine è cambiato nel corso del tempo.26GHz È stato ampiamente descritto come radar ad alta frequenza nelle generazioni precedenti di strumenti industriali, mentre 80GHz è ormai una piattaforma importante per le frequenze elevate. Ai fini di chiarezza tecnica, la frequenza operativa effettiva va indicata ogni volta che possibile.

Q2: Qual è il principale vantaggio di 80GHz su 26GHz?

A: 80GHz consente di ottenere un fascio più stretto utilizzando un'antenna relativamente piccola, il che risulta particolarmente utile in ambienti ristretti, strutture interne complesse e collegamenti di processo di piccole dimensioni.

Q3: È 80GHz sempre più accurato di 26GHz?

R: No. La frequenza influisce sulla larghezza del fascio e sulla separazione tra i bersagli, ma l'accuratezza finale dipende dall'intero progetto del radar, dal trattamento del segnale, dalla portata di misurazione, dall'installazione e dalle condizioni del processo.

Q4: Perché è 80GHz Il radar è spesso scelto per i silos a materiale solido?

R: Il suo fascio stretto permette di focalizzarsi su una superficie materiale più ridotta, evitando in modo più efficace le pareti del silo e le strutture interne. Inoltre, gli algoritmi moderni di elaborazione degli ecosignal migliorano il tracciamento del bersaglio su superfici materiali irregolari.

D5: Il radar ad alta frequenza penetra meglio nella polvere?

A: Questa non è una regola generale affidabile. Le prestazioni relative alla polvere dipendono dalle caratteristiche delle particelle, dalla loro concentrazione, dal grado di contaminazione dell'antenna, dalla riflettività del materiale e dal trattamento del segnale. I vantaggi pratici di 80GHz Nel contesto dei silos polverosi, la relazione è più stretta con il focalizzo del fascio e con l'elaborazione moderna degli ecosignali.

Q6: Perché è 80GHz Il radar è spesso adatto ai piccoli carri armati?

A: Le antenne compatte e i fasci di radiazione stretti facilitano l'evitamento delle pareti del veicolo, dei ugelli e delle strutture interne, dove lo spazio disponibile per l'installazione è limitato.

Q7: Il radar può misurare attraverso una parete metallica di un veicolo?

A: In genere, no. Il metallo riflette fortemente l'energia delle microonde. La misurazione attraverso la parete è possibile soltanto in applicazioni specifiche, mediante l'uso di una finestra non metallica opportunamente progettata oppure di una struttura contenitore trasparente ai microonde.

Q8: Cosa si può fare qualora l'antenna sia esposta a un accumulo significativo di polvere?

R: Si può valutare l'impiego di un'antenna dotata di lente liscia o in materiale PTFE, una posizione di montaggio più idonea oppure, ove opportuno, una configurazione con purgazione con aria. Gli intervalli tra ispezioni e pulizie devono essere definiti in base al tasso effettivo di accumulo di polvere.

D: L'aggiunta di un tubo di raffreddamento è sufficiente per applicazioni a temperature elevate?

R: Non necessariamente. Prima di selezionare un'estensione, un isolamento termico o una soluzione progettata specificamente per alte temperature, è necessario valutare la temperatura di processo, la temperatura ambiente, i materiali di tenuta, le connessioni di processo e i limiti di temperatura degli componenti elettronici.

Q10: Quali informazioni fornisce? METRAVON È necessario selezionare un radar a alta frequenza?

A: Si prega di fornire il mezzo utilizzato, sia esso liquido o solido, la distanza massima di misurazione, le dimensioni del contenitore, l'apertura di processo, eventuali ostruzioni interne, le condizioni relative a polvere o vapore, la temperatura, la pressione, il rischio di contaminazione dell'antenna, l'output richiesto, la protezione contro l'ingresso di corpi estranei e i requisiti per le aree a rischio.

Conclusioni

Il principale vantaggio ingegneristico della misurazione del livello mediante radar ad alta frequenza non consiste semplicemente nel fatto che «una frequenza più elevata implica una maggiore precisione». I suoi vantaggi più significativi sono la larghezza del fascio più ridotta di, il design compatto dell'antenna, un'area di misurazione più concentrata e una migliore separazione tra bersagli adiacentiLa frequenza

26GHz rimane una frequenza radar industriale consolidata e affidabile, mentre 80GHz offre vantaggi evidenti in contenitori di piccole dimensioni, vasche complesse, silos alti e applicazioni con materiali in stato solido, in cui la presenza di ostacoli in prossimità e lo spazio limitato disponibile per l'installazione rappresentano fattori di rilievo.

Per METRAVON Le applicazioni, la frequenza del radar e la configurazione dell'antenna devono essere selezionate in base al mezzo, all'intervallo di misurazione, alla geometria della nave, alla presenza di polvere e condensazione, alla temperatura e alla pressione del processo, nonché all'interfaccia del sistema di controllo. Valutare l'angolo del fascio, le dimensioni dell'antenna, la distanza minima di misurazione e l'ambiente reale in cui si generano gli ecos risulta più utile rispetto alla semplice selezione di uno strumento in base alla sua frequenza operativa.