Tipi di strumenti per la misura di livello radar

Tipi di strumenti di misurazione del livello a radar: guida di selezione tra radar a non contatto, radar FMCW e radar a onde guidate.

Gli strumenti di misurazione del livello a radar utilizzano onde elettromagnetiche ad alta frequenza per misurare la posizione di superfici contenenti liquidi o solidi in stato bulk. Questi strumenti sono ampiamente impiegati per la misurazione continua del livello in serbatoi industriali, vasche di processo e silos per solidi in stato bulk.

Dal punto di vista del metodo di misurazione, la tecnologia di rilevamento del livello mediante radar può essere generalmente suddivisa in due categorie principali:radar a distanza (senza contatto)eradar a onde guidate (GWR).Il radar a non contatto trasmette onde elettromagnetiche attraverso lo spazio libero sopra il mezzo, mentre il radar a onde guidate indirizza impulsi radar lungo un'asta, un cavo o una sonda coassiale.

Queste due categorie possono essere ulteriormente classificate in base alla tecnologia del segnale, alla frequenza operativa, alla costruzione dell'antenna e alla progettazione della sonda.

1. Quali sono i due principali tipi di strumenti di misurazione del livello a radar?

2. Cos'è un misuratore di livello a radar a distanza?

Un misuratore di livello a radar a distanza, noto anche come radar in spazio libero, viene generalmente installato sulla sommità di un serbatoio o di un silo. La sua antenna trasmette onde elettromagnetiche verso la superficie del materiale.

Le onde elettromagnetiche si propagano nello spazio libero sopra il mezzo, si riflettono sulla superficie del liquido o del materiale solido e ritornano all'antenna. Lo strumento analizza la relazione temporale o di frequenza tra i segnali trasmessi e quelli riflessi per calcolare la distanza e convertirla in un livello.

I tipi più comuni di antenne includono antenne a cornice, antenne a lente e antenne a processo incapsulato. La scelta della configurazione più idonea dipende dalla frequenza operativa, dal mezzo di processo, dalla temperatura, dalla pressione e dal grado di corrosività.

3. In che modo gli strumenti radar a contatto sono classificati in base alla tecnologia del segnale?

Dal punto di vista del trattamento del segnale, il radar a distanza può essere principalmente suddiviso in radar a impulsi.eFMCW radar.

3.1. Strumenti di misurazione a radar a impulsi

Il radar a impulsi trasmette periodicamente brevi impulsi a microonde e riceve le riflessioni dalla superficie del materiale. La distanza viene calcolata in base al tempo di andata e ritorno dell'impulso.

Distanza = Velocità dell'onda elettromagnetica × Tempo di andata e ritorno ÷ 2

Il radar a impulsi vanta una lunga storia di utilizzo industriale e può essere impiegato sia per liquidi che per solidi in massa. Le prestazioni effettive dipendono dalla frequenza, dalla progettazione dell'antenna, dal trattamento del segnale e dalle condizioni di installazione.

3.2. FMCW Strumenti di misurazione del livello a radar

FMCW sta per «Onda Continua Modulata in Frequenza». Durante ogni scansione di frequenza, lo strumento modifica continuamente la frequenza trasmessa. L'eco riflessa presenta una differenza di frequenza rispetto al segnale trasmesso in quel momento.

Questa differenza di frequenza è correlata alla distanza del bersaglio, consentendo all'apparecchio di determinare la posizione della superficie del materiale mediante elaborazione digitale dei segnali. La tecnologia FMCW è ampiamente utilizzata negli strumenti radar moderni a alta frequenza e senza contatto.

Pulse Radar

: determina la distanza in base al tempo di percorrenza di impulsi microonde brevi.

FMCW Radar

Determina la distanza in base alla differenza di frequenza tra i segnali trasmessi e riflessi.

4. Gli strumenti di misurazione di livello a radar possono essere classificati anche in base alla frequenza?

Sì. I prodotti radar industriali a non contatto sono disponibili in diversi intervalli di frequenza, tra cui il radar tradizionale a bassa frequenza, compreso approssimativamente tra 24 e 26GHz radar e tecnologie moderne ad alta frequenza, come quelle a 60 GHz, e 80GHz radar.

La frequenza operativa influenza la lunghezza d'onda, le dimensioni dell'antenna e le caratteristiche del fascio. A parità di dimensioni dell'antenna, un radar a frequenza più elevata può generalmente generare un fascio più stretto, il che può risultare utile per imbarcazioni di piccole dimensioni, ugelli lunghi, serbatoi con ostacoli interni e silos contenenti materiali solidi.

La frequenza rappresenta soltanto uno dei fattori di selezione; vanno inoltre presi in considerazione la riflettività media, la condensazione, la presenza di schiuma, l'accumulo di materiale, la geometria di installazione e le condizioni di processo.

5. Che tipo di radar è 80GHz Trasmittente di livello radar?

80GHz Il radar appartiene alla categoria dei radar a elevate frequenze senza contatto. I sistemi industriali moderni 80GHz I prodotti utilizzano comunemente FMCW tecnologia che combina alta frequenza, lunghezza d'onda ridotta e fascio relativamente stretto per la misurazione del livello di liquidi e di solidi in massa.

Il fascio stretto può ridurre le interferenze causate dalle pareti dei vaschi, dai travi, dai tubi e da altre strutture interne. Di conseguenza,80GHz Il radar è ampiamente utilizzato in serbatoi chimici, sistemi di trattamento dell'acqua, vasche di processo compatte e silos per polveri o materiali granulari.

L'angolo del fascio, l'intervallo di misurazione, l'accuratezza e i valori di temperatura di processo o di pressione rimangono parametri specifici per ciascun prodotto e devono essere confermati dal foglio di dati del modello selezionato.

6. Cos'è il radar a onde guidate?

Il radar a onde guidate, noto anche come GWR, si basa sulla tecnologia TDR (Time Domain Reflectometry).

L'apparecchio viene normalmente installato nella parte superiore del recipiente, con un'asta metallica, un cavo o una sonda coassiale che si estende all'interno del processo. Gli impulsi radar viaggiano lungo la sonda; quando il segnale raggiunge la superficie del materiale, il cambiamento delle proprietà dielettriche provoca la riflessione di una parte del segnale lungo la stessa sonda.

L'apparecchio determina la posizione del materiale in base al tempo di andata e ritorno dell'impulso radar. La lunghezza della sonda viene selezionata in base alla portata di misurazione e alla geometria della nave, e non è necessario che raggiunga il fondo della nave in ogni applicazione.

7. In che modo il radar a onde guidate viene classificato in base al tipo di sonda?

Il radar a onde guidate può essere ulteriormente classificato in base alla progettazione della sonda, comprendendo sonde a barra, a cavo e coassiali.

Sonda a barra GWR

Utilizza una barra metallica rigida ed è adatto a numerose applicazioni con liquidi a corto e medio raggio, nonché a determinati solidi.

Sonda per cavo GWR.

Utilizza un cavo flessibile ed è adatta per imbarcazioni più elevate o intervalli di misurazione più lunghi, tenendo conto del movimento della sonda, della tensione e delle strutture interne.

GWR coassiale.

Utilizza una struttura a sonda coassiale per garantire un percorso del segnale più concentrato ed è spesso impiegata con liquidi selezionati e in condizioni di misurazione più esigenti.

Alcuni prodotti radar a onde guidate utilizzano anche strutture di sonda speciali, come quelle a doppio bastone, a doppio cavo o altre varianti. La scelta dipende dal tipo di mezzo, dalla portata, dalle proprietà dielettriche, dalla viscosità, dalla presenza di schiuma, dalla struttura interna e dalle condizioni di installazione meccanica.

8. Perché il radar a onde guidate è adatto per la misurazione delle interfacce?

Quando due liquidi immiscibili formano strati distinti, la variazione dielettrica tra il liquido superiore e quello inferiore può generare una seconda riflessione radar. Alcuni strumenti radar a onde guidate, opportunamente selezionati, sono in grado di analizzare sia la superficie del liquido superiore sia l'interfaccia tra i due liquidi. La misurazione dell'interfaccia

richiede la considerazione delle proprietà dielettriche di entrambi i liquidi, dello spessore dello strato superiore, dello strato di emulsione e delle condizioni di processo. È quindi opportuno selezionare un modello specificamente progettato per la misurazione delle interfacce.

9. Qual è la differenza tra il radar a contatto e il radar a onde guidate?

10. Il radar a distanza senza contatto è influenzato dalla polvere, dalla temperatura e dai vapori?

Il radar utilizza onde elettromagnetiche; pertanto, le variazioni di temperatura e pressione dell'aria non provocano errori di distanza derivanti da variazioni della velocità del suono, a differenza delle misurazioni a ultrasuoni. Inoltre, il radar offre generalmente un ampio intervallo operativo anche in ambienti polverosi e ricchi di vapori.

Le prestazioni effettive possono comunque essere influenzate dalla polvere estrema, dalla condensazione severa, dall'accumulo di materiale sull'antenna, dalla presenza di vapori densi, dalle proprietà dielettriche e dall'effetto della temperatura e della pressione di processo sull'antenna, sulle guarnizioni e sulla struttura meccanica.

Le applicazioni più impegnative dovrebbero pertanto essere abbinate al modello radar appropriato, alla progettazione dell'antenna e alla classificazione per condizioni di processo.

11. In quali casi è opportuno considerare l'uso di un radar a distanza?

L'elemento di rilevamento non deve rimanere a contatto con il mezzo

Mezzi chimici corrosivi o soggetti a contaminazione

Polveri, granuli e silos per solidi in massa

Processi ad alta temperatura, in vuoto o sotto pressione

Grandi serbatoi di stoccaggio e intervalli di misurazione estesi

La geometria del recipiente consente un percorso chiaro per il fascio radar

12. In quali casi è possibile utilizzare il radar a onde guidate?

È richiesta la misurazione dell'interfaccia liquido-liquido.

Il contenitore è stretto o lo spazio di montaggio è limitato.

La superficie del liquido presenta un movimento intenso.

Applicazioni specifiche con schiuma o vapore.

Applicazioni con camera di bypass o camera esterna.

La sonda può essere installata in modo sicuro senza interferire con le apparecchiature di processo.

13. Quali informazioni sono necessarie per la selezione di un misuratore di livello a radar?

FAQ

Q1: Quali sono i due tipi principali di strumenti di misurazione del livello a radar?

A1: In generale, questi strumenti si dividono in radar a non contatto e radar a onde guidate. Il radar a non contatto trasmette onde elettromagnetiche attraverso lo spazio libero, mentre il radar a onde guidate indirizza impulsi radar lungo una sonda metallica.

Q2: Qual è la differenza tra il radar a impulsi e il radar FMCW?

A2: Il radar a impulsi calcola la distanza in base al tempo di propagazione dell'impulso, mentre il radar FMCW determina la distanza sulla base della differenza di frequenza tra la scansione trasmessa e l'eco riflessa.

Q3: Che tipo di radar è?80GHz Radar?

A3: 80GHz Il radar è generalmente una tecnologia radar a alta frequenza senza contatto, e i prodotti industriali moderni ne fanno comunemente uso. FMCW misurazione.

Q4: Il radar a onde guidate è considerato una misurazione a contatto?

A4: La barra, il cavo o la sonda coassiale entra in contatto con il mezzo di processo; pertanto, dal punto di vista di installazione, il radar a onde guidate è comunemente classificato come una tecnologia di misurazione continua del livello di tipo a contatto.

Q5: La sonda del radar a onde guidate deve raggiungere il fondo del serbatoio?

A5: No. La lunghezza della sonda deve essere selezionata in base all'intervallo di misurazione, alla geometria del serbatoio e ai requisiti dello strumento specifico.

Q6: Quali tipi di sonda sono disponibili per il radar a onde guidate?

A6: I tipi più comuni di sonda includono quelle a bastone, a cavo e coassiali. Alcuni prodotti offrono anche configurazioni a doppio bastone, a doppio cavo o altre strutture specializzate.

Q7: Quale tipo di radar è più adatto per silos contenenti materiali solidi in grande quantità?

A7: Il radar a alta frequenza senza contatto è ampiamente utilizzato per silos destinati a polveri e materiali granulari, in particolare in condizioni di lunga distanza di rilevamento, presenza di polvere in abbondanza o strutture interne complesse. Alcuni prodotti radar a onde guidate possono essere utilizzati anche su materiali solidi, a seconda della meccanica della sonda e delle proprietà del materiale.

Q8: Quale tecnologia radar è adatta per la misurazione dell'interfaccia tra liquidi?

A8: Il radar a onde guidate, dotato di funzionalità dedicate per l'interfaccia e la misurazione, è comunemente impiegato per la misurazione continua di due strati di liquidi immiscibili. È necessario confermare le proprietà dielettriche di entrambi i mezzi.

Conclusione

Gli strumenti di misurazione del livello a radar possono generalmente essere suddivisi in radar a non contatto e radar a onde guidate. Il radar a non contatto trasmette onde elettromagnetiche attraverso lo spazio libero e può essere ulteriormente classificato in radar a impulsi e FMCW radar. In base alla frequenza operativa, i prodotti industriali possono includere radar tradizionali a frequenze più basse, compresi tra circa 24– 26GHz radar e tecnologia moderna a 60 GHz oppure 80GHz radar.

Il radar a onde guidate dirige impulsi radar lungo un bastone metallico, un cavo o una sonda coassiale e può essere ulteriormente classificato in base alla struttura della sonda. Il suo percorso di propagazione concentrato lo rende adatto a specifiche applicazioni che richiedono la misurazione dei movimenti superficiali, della schiuma e dell'interfaccia tra liquidi.

METRAVON I prodotti per la misurazione a radar possono essere selezionati come radar a contatto zero o radar a onde guidate in base al mezzo di processo, alla portata di misurazione, alla temperatura, alla pressione, alle proprietà dielettriche, alla presenza di schiuma, vapore, polvere, alla geometria del recipiente e ai requisiti relativi alle interfacce di automazione, con supporto per interfacce industriali come il 4-20mA e RS485 Modbus RTU per la misurazione continua di livello, compatibile e scalabile, in serbatoi, vasche di processo e silos per solidi in libera circolazione.