Radar FMCW: vantaggi, installazione e selezione

I. Cos'è un misuratore di livello radar FMCW?

Uno strumento di misurazione del livello basato su radar a onda continua con modulazione di frequenza è comunemente denominato strumento di misurazione del livello a radar FMCW.

Il principio operativo di base consiste nel variare continuamente la frequenza di trasmissione del radar all'interno di un determinato intervallo di frequenze e nel ricevere il segnale riflesso dalla superficie del mezzo misurato. L'apparato analizza la differenza di frequenza tra il segnale trasmesso e il segnale eco per calcolare la distanza tra il radar e la superficie del mezzo, e successivamente converte tale distanza in livello di liquido o livello di materiale.

Alcuni strumenti radar FMCW a 24 GHz utilizzano una larghezza di banda per scansione lineare di circa 1 GHz e eseguono una scansione periodica attraverso l'antenna. Le frequenze di funzionamento e le larghezze di banda di scansione variano in base al modello; i parametri effettivi devono essere determinati in base alla scheda tecnica specifica del prodotto.

II. Quali sono le caratteristiche dei misuratori di livello radar FMCW?

1. Misurazione con scansione continua della frequenza

Il radar FMCW misura la distanza mediante un scansione continua di frequenza lineare.

A differenza dei sistemi che si basano esclusivamente su un segnale a frequenza fissa, il radar a onda continua a modulazione di frequenza determina la posizione del bersaglio in base alla differenza di frequenza tra il segnale trasmesso e l'eco ricevuto; questo lo rende adatto per il monitoraggio continuo del livello di liquidi o di materiali.

2.Adatto per diversi materiali solidi: gli strumenti di misurazione del livello a radar FMCW

possono essere utilizzati per vari materiali solidi in massa e materie prime industriali, tra cui:

• Carbone;

• Cemento;

• Grani;

• Alumina;

• Calcare;

• Materie prime chimiche;

Nelle industrie come cementizia, chimica, protezione ambientale, generazione di energia e lavorazione alimentare, la misurazione radar può essere utilizzata per il monitoraggio continuo del livello in silos e serbatoi di stoccaggio;

3.Misurazione senza contatto: il radar per spazio libero

misura la distanza dalla superficie del materiale utilizzando onde elettromagnetiche e, in genere, non richiede che i componenti di misurazione entrino in contatto diretto con il mezzo.

: per polveri, materiali granulari e determinati mezzi corrosivi, questa soluzione può ridurre i problemi di usura e di manutenzione causati dal contatto diretto tra i componenti di misurazione meccanici e il mezzo.

III. Principali vantaggi degli strumenti di misurazione del livello a radar FMCW;

L'ambito di applicazione degli strumenti di misurazione del livello a radar FMCW dipende dalla frequenza del radar, dal tipo di antenna, dalla capacità di elaborazione del segnale e dalle condizioni operative effettive;

In condizioni operative appropriate, le principali caratteristiche includono:

• Misurazione continua senza contatto;

• Adatto per liquidi o materiali solidi;

• Idoneo per misurazioni di livello su distanze relativamente lunghe;

• antenne diverse possono essere configurate in base alle condizioni di funzionamento;

• può essere utilizzato in ambienti industriali che comportano l’uso di polvere, vapore o mezzi complessi;

• idoneo per serbatoi, silos e recipienti di processo.

le prestazioni effettive devono essere valutate in base al modello, al terreno e alle condizioni di installazione specifici.

IV. Quali tipi di antenne sono disponibili per gli indicatori dei livelli Radar? I misuratori dei livelli Radar

possono essere dotati di diversi tipi di antenna a seconda delle condizioni di applicazione, tra cui:

• antenne a tromba; Antenne paraboliche

• ; Antenne a matrice

• ;

• antenne delle canne; Antenne a caduta

• ; Antenne piane

• ;

• progetti igienici.

differenti antenne variano per angolo del fascio, dimensioni dell’impianto, resistenza alla corrosione, adattabilità alla costruzione di materiali e connessioni di processo.

pertanto, la scelta dell’antenna dovrebbe corrispondere alle condizioni operative del mezzo e del sito piuttosto che essere determinata esclusivamente dal campo di misurazione.

V. Come dovrebbe essere selezionato un modello di misuratore di livello Radar?

quando si seleziona un modello radar per misurare i livelli, l’ambiente di misurazione effettivo deve essere attentamente valutato.

devono essere confermate le seguenti condizioni operative:

• presenza di gas volatili corrosivi al di sopra del mezzo;

• presenza di grandi quantità di vapore acqueo;

• presenza di grandi quantità di polvere;

• grado di cristallizzazione del terreno;

• se è presente una grande quantità di schiuma sulla superficie liquida;

• se la superficie liquida fluttua in modo significativo;

• indipendentemente dal fatto che il materiale misurato sia in polvere o granulare;

• se il liquido è altamente corrosivo;

• viscosità elevata del mezzo.

inoltre, deve essere confermato anche quanto segue:

• distanza massima di misura;

• temperatura di processo; Pressione di processo

• ; Connessione dell’impianto

• ; Tipo Antenna

• . Il campo di misura

è solo un parametro della selezione radar e non deve essere utilizzato come unica base per la selezione di un modello.

VI. Cosa considerare quando si installa un Radar ad onde guidate? Il radar ad onde guidate

utilizza una barra di sonda o un cavo di acciaio per guidare il segnale radar. Pertanto, oltre all’impianto elettrico, deve essere presa in considerazione anche la posizione meccanica dell’elemento di onda guidata.

1. Disconnetti la potenza prima di sostituire lo strumento

prima di rimuovere il manometro di livello originale o effettuare lavori di cablaggio, disconnetti l’alimentazione elettrica dello strumento e mangi il cablaggio del segnale conformemente alle norme di sicurezza elettrica in loco.

solo dopo che l’installazione e il cablaggio sono stati completati e controllati.

2. Evitare aperture e zone con forte perturbazione

Il radar ad onde guidate non deve essere installato direttamente nelle prese d’acqua, nelle prese di alimentazione o nei punti in cui la superficie liquida fluttua violentemente.

il liquido o il materiale in entrata può avere un impatto sulla barra della sonda o sul cavo d’acciaio e causare fluttuazioni di misura.

durante l’installazione, occorre inoltre evitare che l’elemento di onda guidata entri in contatto diretto con le seguenti strutture:

• pareti di piscina;

• pareti del serbatoio; Supporti

• ; Tubi

• ,

• altre strutture metalliche.

3. Mantenere uno spazio sufficiente intorno alla barra della sonda o al cavo d’acciaio

se il cavo d’acciaio ad onde guidate entra in contatto con una parete metallica, si possono verificare ulteriori riflessi e nel tempo può anche svilupparsi usura meccanica.

pertanto, l’elemento di onda guidata dovrebbe essere posizionato correttamente durante l’installazione, mantenendo la distanza necessaria in funzione della struttura effettiva della nave.

la distanza specifica di installazione deve essere determinata conformemente al manuale dello strumento e all’effettiva struttura del sito.

VII. Come dovrebbe essere gestito l’impermeabilizzazione dei cavi per i Radar ad onde guidate all’aperto?

In ambienti esterni o umidi, l’ingresso via cavo è una delle aree che richiede una protezione particolare.

durante l’installazione del cavo si devono considerare i seguenti punti:

• stringere saldamente la ghiandola del cavo; Connessioni ermetiche

• adeguate;

• mantenere l’integrità impermeabile del locale strumenti; Cavi schermati a terra correttamente

• ;

• fornire un ciclo di gocciolamento prima che il cavo entri nello strumento.

un ciclo A goccia significa permettere al cavo di formare una curva verso il basso prima che entri nello strumento.

consente all’acqua piovana o alla condensazione di gocciolarsi dal punto più basso, riducendo il rischio che l’acqua percorra il cavo fino al locale strumenti.

VIII. Cosa si dovrebbe considerare durante le prove di isolamento dei cavi dei segnali?

alcuni progetti di impianti industriali richiedono prove di isolamento dopo l’installazione di cavi di segnali.

ad esempio, alcune specifiche di progetto possono richiedere:

• 500 VDC tensione di prova;

• 60 s durata della prova;

• resistenza d’isolamento: 20 m3.

si tratta di requisiti specifici di accettazione del progetto e non di parametri universali per tutti i progetti radar con scartamento dei livelli.

prima di eseguire una prova di isolamento, confermare che l’elettronica dell’apparecchio è stata disconnessa dal circuito. Le prove devono essere eseguite conformemente al manuale dello strumento e alle specifiche elettriche di progetto per evitare che la tensione di prova danneggi le apparecchiature elettroniche.

IX. Come collegare un manometro Radar? Gli strumenti Radar di livello

possono utilizzare diverse configurazioni di alimentazione e segnale di uscita.

prima del cablaggio, controllare sempre:

• nome dello strumento; Tensione nominale di alimentazione

• ;

• Alimentazione a corrente alternata o a corrente continua; Definizioni di terminale

• ;

• segnale polarità; Terminale di messa a terra

• .

non esegue il cablaggio solo sulla base dell’esperienza con altri modelli di strumenti.

alcuni documenti di installazione radar a misuratore di livello raccomandano torsioni schermate a coppia con area della sezione trasversale del conduttore di circa 0,5 mm

la specifica effettiva del cavo deve essere determinata conformemente a:

• . Tipo di segnale

• ; Distanza del cavo

• ;

• standard elettrici in loco. Procedura tipica di cablaggio a scartamento Radar

X. Il cablaggio in sito

include tipicamente le seguenti fasi:

1. disconnette l’alimentazione elettrica;

2. controllare il nome dello strumento e i requisiti di alimentazione;

3. apre il compartimento del terminale strumenti;

4. alimentare il cavo nello strumento attraverso la ghiandola del cavo;

5. collega i cavi di potenza e di segnalazione secondo le marcature terminali;

6. effettuano schermatura e messa a terra conformemente alle specifiche elettriche;

7. controllare nuovamente il cablaggio e la polarità;

8. stringere la ghiandola del cavo;

9. controllare il sigillo dell’involucro;

10. ripristina la potenza dopo aver confermato che tutto è corretto.

la lunghezza specifica di sbancamento del filo, le specifiche degli strumenti e le procedure operative presso i terminali devono essere eseguite conformemente al manuale del modello corrispondente.

XI. Perché i Radar per misurare i livelli richiedono schermatura e messa a terra? I siti industriali

possono contenere motori, variatori di frequenza, pompe, cavi ad alta potenza e altre apparecchiature elettriche in grado di generare interferenze elettromagnetiche.

l’uso corretto di cavi schermati e di messa a terra può contribuire a migliorare la stabilità della trasmissione del segnale.

determinare se la protezione del cavo debba utilizzare un unico punto di messa a terra oun altro metodo di messa a terra in base ai requisiti di progettazione elettrica del progetto e del manuale dell’apparecchio.

una messa a terra inadeguata in più punti può creare anelli di terra, per cui non dovrebbe essere applicato un unico metodo di messa a terra universale a tutti gli impianti.

XII. Qual è lo scopo delle norme relative ai Radar? Le norme

relative ai radar sono utilizzate principalmente per regolare la progettazione, la fabbricazione, il collaudo, l’installazione e le applicazioni industriali del prodotto.

i progetti di ingegneria dovrebbero concentrarsi sui requisiti relativi a:

• sicurezza elettrica;

• protezione contro le esplosioni;

• protezione dell’ambiente; Impianto

• ; Interfacce di segnale

• ;

• specifiche tecniche del progetto.

lo scopo delle norme non è semplicemente quello di aggiungere un contenuto alla descrizione del prodotto, ma di contribuire a verificare se uno strumento soddisfa i requisiti tecnici e di sicurezza del progetto reale.

XIII. Lista di controllo per la selezione dei livelli Radar

; FAQ:

; Q1: Cos'è un misuratore di livello radar FMCW?Il radar

FMCW modifica continuamente la frequenza trasmessa e analizza la differenza di frequenza tra il segnale trasmesso e quello riflesso per calcolare la distanza; tale valore viene poi convertito in livello di liquido o di materiale.

Q2: Tutti i rivelatori di livello a radar FMCW utilizzano una frequenza di 24 GHz?

No: la frequenza di 24 GHz è soltanto una delle frequenze di funzionamento utilizzate da alcuni prodotti. I diversi rivelatori di livello a radar possono utilizzare frequenze di funzionamento e larghezze di banda di scansione differenti.I parametri specifici devono essere confermati attraverso la scheda tecnica del prodotto corrispondente.

Q3: Perché il cavo in acciaio di un radar a onde guidate dovrebbe evitare il contatto con la parete del serbatoio?

Il contatto tra il cavo in acciaio e le strutture metalliche può generare riflessioni aggiuntive; inoltre, l'attrito a lungo termine può causare usura meccanica. Pertanto, durante l'installazione è necessario mantenere una distanza adeguata.

Q4: È necessario che il misuratore di livello radar utilizzi un cavo con area di sezione tra 0,5 e 2 mm²?

Non necessariamente. Questa gamma è specificata per determinati prodotti. La specifica effettiva del cavo deve essere determinata in base al manuale specifico dell'apparecchiatura, alla distanza del cavo e agli standard elettrici previsti in loco.

Q5: È sufficiente verificare soltanto l'intervallo di misurazione quando si sceglie un rivelatore di livello a radar?

No.È inoltre necessario confermare il mezzo di trasmissione, la temperatura, la pressione, la polvere, il vapore, la corrosione, la cristallizzazione, la schiuma, la viscosità, la connessione di installazione e altre condizioni operative.

Q6: Perché un cavo per misuratore di livello radar esterno dovrebbe essere dotato di un "drip loop"?

: Il "drip loop" riduce il rischio che acqua piovana o condensa si riversino lungo il cavo fino all'ingresso del cavo dell'apparato e contribuisce a migliorare l'affidabilità idrorepellente delle installazioni esterne.

Conclusione;

Gli strumenti di misurazione del livello basati su radar FMCW misurano la distanza utilizzando segnali radar con scansione di frequenza lineare e possono essere impiegati per il monitoraggio del livello di carbone, cemento, cereali, allumina, calcare, materie prime chimiche e altri materiali.

Nelle applicazioni pratiche, le prestazioni della misurazione con strumento radar per il livello dipendono non solo dall'intervallo di misurazione, ma sono anche strettamente correlate a: le caratteristiche del mezzo

, alla polvere, all'acqua vapore, alla corrosione, alla cristallizzazione, alla schiuma, al tipo di antenna e alle condizioni di installazione.

Durante l'installazione di un radar a onde guidate, è necessario prestare particolare attenzione per garantire che la sonda o il cavo in acciaio siano posizionati correttamente e non entrino in contatto con le strutture metalliche circostanti.

Per l'installazione elettrica, si deve prestare particolare attenzione ai seguenti aspetti:

Fornitura di energia, terminali, schermatura, messa a terra e sigillatura dell'ingresso del cavo;

Le dimensioni specifiche, le caratteristiche del cavo, i parametri di prova e i metodi di cablaggio devono essere determinati in base alla scheda tecnica, al manuale di installazione e alle specifiche elettriche del progetto relativi al corrispondente misuratore di livello radar.