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Nel controllo di processi industriali, nell'immagazzinamento e nel trasporto di materiali chimici nonché nei sistemi di gestione degli magazzini, la misurazione continua ad alta precisione del livello – inclusi i livelli di liquidi e di materiali – influenza direttamente la sicurezza produttiva e il grado di automazione. I misuratori di livello a radar ad alta frequenza – tra cui i misuratori di livello di liquidi a radar a impulsi ad alta frequenza e i misuratori di livello di solidi a radar a impulsi ad alta frequenza – utilizzano la tecnologia di trasmissione ad alta frequenza 25 GHz/26 GHz come tecnologia di base. La loro gamma massima di misurazione può raggiungere i 30 metri; supportano diversi metodi di installazione, tra cui connessioni filettate e connessioni a flangia. Vengono ampiamente utilizzati per il monitoraggio continuo del livello in reattori, silos per materiali solidi e vasche per processi complessi.
Questo articolo fornisce una spiegazione sistematica del principio di funzionamento, delle caratteristiche principali e dei principali vantaggi dei misuratori di livello a radar ad alta frequenza 25 GHz/26 GHz rispetto ai tradizionali misuratori a radar a bassa frequenza.
I. Principio di funzionamento dei misuratori di livello a radar ad alta frequenza
METRAVON I misuratori di livello a radar ad alta frequenza utilizzano un design di circuito microstrip ad alta frequenza per generare internamente segnali di impulsi a microonde ad alta frequenza 25 GHz/26 GHz.
Trasmissione di impulsi:Sulla base dei principi di progettazione delle guida d'onda ad alta frequenza, gli impulsi microonde vengono trasmessi dall'estremità di un'antenna in PTFE (politetrafluoroetilene), altamente resistente alla corrosione, verso la superficie del mezzo da misurare.
Riflessione del segnale:Quando l'impulso trasmesso raggiunge la superficie del mezzo misurato, una parte dell'energia microonde viene riflessa verso l'antenna e ricevuta a causa della variazione della costante dielettrica all'interfaccia del mezzo.
Calcolo del tempo di volo:L'apparato è dotato di un microprocessore intelligente che utilizza la tecnologia di misurazione del tempo di volo() per calcolare con precisione l'intervallo di tempo Δt tra l'impulso trasmesso e l'impulso ricevuto.
Calcolo della distanza e del livello:Sulla base della velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche (c), l'apparato calcola la distanza D tra il piano di riferimento dell'antenna e la superficie del mezzo e determina successivamente il livello in tempo reale in base all'altezza totale della nave:
D = c × Δt / 2
II. Caratteristiche fondamentali dei misuratori di livello a radar ad alta frequenza
I misuratori di livello a radar ad alta frequenza offrono le seguenti caratteristiche fisiche rilevanti e un'elevata adattabilità alle condizioni industriali più esigenti;
– Eccellente prestazione di riflessione;– Lunghezza d'onda microonde breve; ad esempio, la lunghezza d'onda per 26 GHz è di circa 11 mm, garantendo una buona prestazione di riflessione su superfici di materiali solidi inclinate.
Alta capacità di focalizzazione e elevata resistenza alle interferenze:– L'angolo di fascio stretto concentra l'energia trasmessa, genera un segnale di eco potente e aiuta a evitare riflessioni derivanti dalle strutture interne del serbatoio o da eventuali ostacoli.
– Piccola zona morta e idoneità per imbarcazioni di piccole dimensioni:– Una zona morta ridotta, combinata con un ampio intervallo di misurazione, consente misurazioni precise anche nelle imbarcazioni con diametro ridotto e altezza limitata.
Nessun usura meccanica né contaminazione;: L'antenna è compatta e facile da installare; il design di misurazione senza contatto elimina l'usura meccanica e non contamina il mezzo misurato;
Adattabilità ai mezzi con bassa costante dielettrica;: È adatta per solidi in massa e per determinati liquidi con costanti dielettriche relativamente basse, come oli leggeri e solventi organici.
Elevato rapporto segnale/rumore e resistenza alle fluttuazioni della superficie;: un elevato rapporto segnale/rumore consente di mantenere un segnale di misura stabile anche quando la superficie del mezzo è fortemente perturbata o presenta condizioni turbolente.
Elevata adattabilità ambientale:L'apparecchiatura può essere utilizzata in condizioni di presenza di gas corrosivi, schiuma, vapore d'acqua, variazioni di temperatura, variazioni di pressione e alte concentrazioni di polvere, in base alle specifiche del modello selezionato e alle condizioni operative effettive.
III. Vantaggi principali del radar ad alta frequenza rispetto al radar a bassa frequenza: i misuratori di livello a radar ad alta frequenza (modelli
E 25 GHz/26 GHz) superano diverse limitazioni degli strumenti radar a bassa frequenza precedenti (modelli 6 GHz), come la ampia dispersione del fascio e le grandi dimensioni dell'antenna.e offre significativi vantaggi ingegneristici:
| Selezione e dimensionamento delle prestazioni; | Vantaggi del radar ad alta frequenza (25 GHz / 26 GHz); | Limitazioni del radar a bassa frequenza (6 GHz); |
|---|---|---|
| Focalizzazione del fascio e direzionalità; | Energia altamente concentrata conangolo di fascio stretto;,Facilita l'evitamento di tubazioni e agitatori interni; | L'ampio angolo di irraggiamento aumenta la probabilità che i segnali a microonde colpiscano le pareti del serbatoio o gli ostacoli interni, generando falsi ecchi; |
| Misurazione del livello di solidi in massa; | Una lunghezza d'onda breve di circa 11 mm garantisce una riflessione intensa dalle superfici inclinate del materiale in massa; Ciò la rende particolarmente adatta per la misurazione del livello di solidi in massa | lunghezze d'onda maggiori possono generare segnali riflessi più deboli da superfici inclinate del materiale in massa |
| installazione in contenitori di piccole dimensioni | frequenza più elevata consente l'uso di un'antenna compatibile con ugelli di montaggio di piccole dimensioni e serbatoi di stoccaggio di piccole dimensioni | dimensioni più ampie dell'antenna richiedono un maggior spazio di installazione e aperture di processo più grandi |
| resistenza all'accumulo e alla condensazione | Il design compatto dell'antenna facilita l'aggiunta di protezioni contro la polvere o di strutture anticondensazione, riducendo così l'impatto dei depositi; | Le antenne di dimensioni maggiori possono essere più soggette all'accumulo di materiali o di umidità. Che può attenuare i segnali a microonde |
| Misurazione isolata senza contatto | L'elevata direzionalità consente di effettuare misurazioni attraverso finestre non metalliche adatte in determinate applicazioni di misurazione esterna | L'energia a microonde più dispersa rende più difficile effettuare misurazioni precise attraverso materiali isolanti |
IV. METRAVON – Supporto per applicazioni ingegneristiche e integrazione di sistemi;
– Come fornitore professionale di apparecchiature per il monitoraggio e l'automazione industriale, METRAVON ha ottimizzato i suoi misuratori di livello a radar ad alta frequenza per soddisfare le esigenze di integrazione di sistemi industriali e di progetti EPC:
– Protocolli di comunicazione standard per applicazioni industriali;– Supporto nativo per i protocolli 4-20 mA + HART e RS485 (Modbus RTU) facilita l'integrazione con dispositivi PLC e piattaforme DCS.e sistemi industriali IoT.
Progettazione strutturale ad alta affidabilità:Sono disponibili diverse opzioni di connessione per processi con flange e filettatura, insieme a rivestimenti in PTFE resistenti alla corrosione e a interfacce opzionali per il purgamento per ambienti ad alta concentrazione di polvere, consentendo di soddisfare i requisiti di condizioni operative caratterizzate da alte temperature, alta pressione e forte corrosività.
Manutenzione ridotta e funzionamento a lungo termine:Un design di circuito a stato solido combinato con algoritmi intelligenti per l'elaborazione dell'eco aiuta a ridurre i requisiti di manutenzione in loco e garantisce una stabilità di misurazione a lungo termine nei progetti ingegneristici.
FAQ;
Q1: Perché il radar ad alta frequenza 26 GHz è più adatto per la misurazione di solidi in massa in silos per cemento e silos per carbone?
Poiché la lunghezza d'onda del radar 26 GHz è di circa 11 mm, questa lunghezza d'onda più breve consente una riflessione efficace anche su superfici solide inclinate o irregolari. In combinazione con un angolo di fascio stretto, il dispositivo può funzionare in modo efficace anche in ambienti polverosi e rilevare l'eco reale proveniente dalla superficie del materiale.
Q2: Come evita un misuratore di livello a radar ad alta frequenza le interferenze in un reattore dotato di agitatore?
L'angolo di fascio stretto del radar ad alta frequenza 25 GHz/26 GHz consente al fascio radar di attraversare gli spazi disponibili tra l'agitatore e la parete del serbatoio. Inoltre, la funzione integratadi soppressione degli echi falsidell'apparato permette di attenuare le riflessioni provenienti da strutture interne fisse e di migliorare la stabilità delle misurazioni.
Q3: Le antenne dei misuratori di livello a radar ad alta frequenza sono facilmente influenzate dall'accumulo di materiali o dalla condensazione?
Le antenne radar ad alta frequenza sono compatte, rendendo più facile l’uso di una protezione antisdensa PTFE sulla superficie dell’antenna. In condizioni estremamente polverose odi cristallizzazione, può essere utilizzata anche una flangia facoltativa con un’interfacciadi spurgo dell’ariaper la pulizia periodica della superficie dell’antenna.
conclusione
Con il loro raggio stretto25 GHz/26 GHz, alto rapporto segnale/rumore, dimensioni compatte dell’antenna e forte resistenza all’interferenza vapore e polvere, i radar ad alta frequenza sono diventati un’importante soluzione per il monitoraggio continuo del livello nei moderni contenitori industriali e nei silos di materiale solido.
METRAVONè impegnato a fornire agli integratori di sistema globali, ai fornitori di soluzioni IoT, ai contraenti di progetti e alle società di progettazione attrezzature di misurazione di livello industriale stabili ed efficienti e sostegno tecnico alla selezione.
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