Cosa fa un Radar Level Transmitter Antenna fare? Tipi di antenna, angolo di vapore e guida di selezione

1. Che cosa fa un Radar Level Transmitter Antenna realmente fare?

L'antenna è uno dei componenti più critici di un trasmettitore di livello radar.

Esegue principalmente due funzioni:

Prima,trasmette onde elettromagnetiche verso la superficie del mezzo misurato.

Secondo,riceve l'eco radar riflessa dalla superficie del mezzo misurato.

L'unità elettronica dello strumento calcola quindi la distanza tra l'antenna e la superficie media in base al rapporto tra il segnale trasmesso e il segnale restituito.

Pertanto, l'antenna non è semplicemente un accessorio esterno o componente dell'alloggiamento.

La struttura dell'antenna colpisce direttamente:

• Angolo del fascio;

• Segnale guadagno;

• Echo forza;

• Resistenza all'interferenza;

• Dimensioni di installazione;

• Resistenza alla temperatura;

• Resistenza alla corrosione;

• Resistenza alla condensazione e all'accumulo di materiale.

2. Perché un'antenna più grande produce di solito un fascio stretto?

Per gli strumenti radar che operano all'interno della stessa banda di frequenza, un'apertura antenna efficace più grande generalmente produce un raggio più stretto e una maggiore direttività.

Prendendo un prodotto radar da 26 GHz da Endress+Hauser come esempio:

Un'antenna da 40 mm corrisponde ad un angolo del fascio di circa 23°, mentre un'antenna da 100 mm può ridurre l'angolo del fascio a circa 8°. A una distanza di misura di 20 m, la differenza di diametro di copertura del fascio tra le due dimensioni dell'antenna è significativa.

I dati tecnici Siemens per i radar industriali da 25 GHz mostrano una relazione simile. A seconda della dimensione del corno, gli angoli tipici del fascio sono di circa 19°, 15°, 10° e 8°, e il produttore raccomanda di utilizzare un'antenna più grande dove le condizioni di installazione permettono.

Ciò significa che in serbatoi alti e stretti:

Il più stretto il fascio, più facile è quello di evitare le pareti del serbatoio e le strutture interne.

3. Che cosa è l'angolo di vapore di un trasmettitore di livello radar?

L'angolo del fascio non significa che non c'è assolutamente energia radar al di fuori dell'angolo specificato.

Gli strumenti radar industriali normalmente definiscono l'angolo del fascio secondo un limite di riduzione dell'energia specificato all'interno del fascio principale, come la larghezza di raggio 3 dB.

Anche al di fuori dell'angolo nominale del fascio, qualche energia radar può ancora essere presente.

Pertanto, un oggetto riflettente molto forte situato vicino al bordo del fascio principale può ancora generare un falso eco.

Questo è il motivo per cui l'installazione radar non dovrebbe essere valutata in base solo a un'unica linea centrale.

L'intera area di copertura del fascio dovrebbe essere considerata.

4. Quali tipi di antenna radar sono comunemente utilizzati?

4. 1 Corno Antenna

Le antenne a corno sono una delle strutture più comuni utilizzate nei tradizionali trasmettitori a livello di radar industriale.

Caratteristiche tipiche includono:

• Buona direttività;

• Tecnologia di applicazione industriale matura;

• Disponibilità in diverse dimensioni di apertura;

• Capacità per la maggior parte dei serbatoi di stoccaggio;

• Erogabilità per liquidi e alcune applicazioni a livello solido.

Alla stessa frequenza di funzionamento, un'apertura corno più grande fornisce generalmente una migliore capacità di messa a fuoco.

Applicazioni tipiche includono:

• Serbatoi di stoccaggio chimici;

• Serbatoi d'acqua;

• Serbatoi olio;

• Navi di processo;

• Generale silos di massa-materiale.

4. 2 Antenna Parabolica

I principali vantaggi di un'antenna parabolica sono ad alto guadagno e forte capacità di messa a fuoco.

Nei tradizionali trasmettitori a livello radar 26 GHz per solidi di massa, grandi antenne paraboliche possono produrre travi molto strette. Sono quindi particolarmente adatti per:

• Tall silos;

• Narrow silos;

• Vessilli con molte strutture interne;

• solidi di massa a bassa reattività;

• Applicazioni ad alto rendimento.

Secondo i dati tecnici Endress+Hauser per un radar a massa 26 GHz, le antenne paraboliche DN200 e DN250 possono fornire angoli di raggio tipici di circa 4° e 3. 5 %, rispettivamente.

4. 3 antenna asta

Le antenne asta hanno una struttura relativamente compatta e sono adatte per connessioni di processo più piccole.

I diversi prodotti possono utilizzare PTFE, PEEK o altri materiali resistenti alla corrosione.

Sono comunemente utilizzati per:

• Piccole connessioni di processo;

• Supporti corrosivi;

• Serbatoi di stoccaggio con spazio di installazione limitato.

Tuttavia, la resistenza alla temperatura effettiva, la resistenza alla pressione e la compatibilità chimica devono essere valutati in base al materiale dell'antenna specifico.

Non deve essere assunto che tutte le antenne asta sono adatte per ogni mezzo corrosivo.

4. 4 Antenna planare

Alcune antenne planari sono specificamente progettati per applicazioni di ancoraggio-pipe.

Ad esempio, alcuni prodotti radar utilizzano un'antenna planare appositamente progettata insieme a un tubo di bloccaggio in metallo per migliorare la propagazione del segnale e la stabilità di misurazione dell'eco all'interno del tubo.

I requisiti di installazione per questo tipo di struttura non sono completamente identici a quelli del radar free-space convenzionale.

4. 5 Lens o Antenna integrata

Con l'adozione crescente di radar ad alta frequenza, in particolare radar da 80 GHz, antenne a lente compatte e strutture antenne integrate sono diventati sempre più comuni.

Le frequenze più elevate consentono di ottenere travi più strette con dimensioni antenne più piccole, rendendo queste antenne particolarmente adatte per:

• Piccole navi;

• Piccole connessioni di processo;

• Serbatoi con strutture interne complesse;

• Installazioni vicino alla parete del serbatoio.

5. Perché la selezione dell'antenna è particolarmente importante per la misurazione del livello Bulk-Solid?

Bulk solidi si comportano in modo diverso dai liquidi.

Una superficie liquida è di solito relativamente piatta, mentre i solidi in massa possono formarsi:

• angoli di riposo;

• Cime materiali;

• Depressioni materiali;

• Superfici irregolari.

Ad esempio, quando il materiale viene riempito dall'alto, può formare un pila conica.

Quando il materiale viene scaricato dal fondo, una depressione a forma di imbuto può formarsi.

In queste situazioni, le onde radar che colpiscono diverse aree della superficie materiale possono produrre diverse riflessioni.

Pertanto, le applicazioni silo di massa-solid richiedono una considerazione non solo della distanza di misura ma anche di:

• Dove il raggio radar è diretto;

• La direzione della superficie del materiale inclinato;

• Se l'eco riflesso può tornare all'antenna.

Per i silos alti, un fascio più stretto rende generalmente più facile evitare le pareti del silo e concentrare la misura sull'area di destinazione.

6. L'antenna dovrebbe estendere oltre l'ugello di montaggio?

Per alcuni tradizionali prodotti radar corno-antenna, i produttori richiedono che il corno dell'antenna si estenda oltre l'ugello di montaggio o richieda che l'ugello rimanga entro dimensioni specificate. In caso contrario, l'ugello stesso di montaggio può generare forti echi falsi.

Tuttavia, questo requisito non può essere generalizzato a tutti gli strumenti radar.

Diversi tipi di radar, tra cui:

• radar 26 GHz;

• radar 80 GHz;

• Lente antenne;

• antenne asta;

può avere diverse lunghezze di ugello consentibili.

Pertanto, durante l'approvvigionamento di progetti, entrambi i seguenti parametri devono essere forniti al fornitore:

Diametro della connessione di processo + altezza dell'ugello di montaggio.

7. Le gocce d'acqua sulla misurazione dell'affect dell'antenna radar?

L'effetto dipende dalla gravità della condensazione.

Il radar stesso non è particolarmente sensibile ai cambiamenti dell'umidità ambientale. Tuttavia, se una grande quantità di condensazione copre direttamente la superficie dell'antenna, può:

• Attenuare il segnale radar;

• Cambiare le caratteristiche di radiazione dell'antenna;

• Genera altri eco vicino al campo.

L'accumulo pesante da supporti altamente viscosi può creare problemi simili.

Pertanto, quando si prevede una forte condensazione, cristallizzazione o accumulo di materiale, i seguenti fattori devono essere considerati durante la selezione del modello:

• Struttura della superficie dell'antenna;

• Materiale dell'antenna;

• Se un sistema di depurazione dell'aria può essere utilizzato;

• Angolo di installazione;

• Se è richiesta una struttura di isolamento.

8. Come dovrebbe essere selezionata un'antenna radar?

Al minimo, le seguenti informazioni sulle condizioni di funzionamento devono essere fornite:

FAQ

Q1: è sempre meglio un'antenna del trasmettitore di livello radar più grande?

A:All'interno della stessa banda di frequenza, un'antenna più grande può generalmente fornire un raggio più stretto e un guadagno più alto. Tuttavia, lo spazio di installazione, le dimensioni della connessione di processo e le condizioni operative devono essere considerate.

Q2: Quale è meglio, un'antenna corno o un'antenna parabolica?

A:Né è universalmente migliore. Le antenne a corno sono comunemente utilizzate per serbatoi di stoccaggio convenzionali, mentre le antenne paraboliche possono essere più adatte per silos grandi o alti e applicazioni che richiedono un raggio più stretto.

Q3: Perché i trasmettitori radar 26 GHz usano spesso antenne relativamente grandi?

A:In altre condizioni simili, aumentare l'apertura antenna efficace può ridurre ulteriormente l'angolo del fascio e migliorare la capacità di messa a fuoco.

Q4: Può un'antenna radar entrare in contatto con il liquido?

A:Un radar libero-spazio non contatto non ha normalmente bisogno di contattare il mezzo misurato durante il funzionamento. La sottomersione continua dell'antenna non è considerata una condizione di funzionamento normale per la maggior parte degli strumenti radar non-contatti convenzionali. La documentazione specifica del modello deve essere controllata.

Q5: La polvere sull'antenna radar causa la misurazione inesatta?

A:Un leggero strato di polvere non può immediatamente influenzare la misurazione, ma l'accumulo di polvere grave può indebolire l'eco efficace. Le applicazioni che coinvolgono polveri pesanti dovrebbero quindi considerare la depurazione dell'aria e l'ispezione periodica.

Q6: Quale tipo di antenna è adatto per una piccola connessione di processo?

A:Antenne asta compatte, antenne lenti, o disegni radar ad alta frequenza possono essere spesso considerati. La selezione finale dovrebbe essere ancora basata su dimensioni dell'ugello, gamma di misura e condizioni operative effettive.

Q7: è sempre meglio un angolo di fascio più piccolo?

A:Le travi a raggi stretti offrono chiari vantaggi nei vasi complessi e limitati, ma la selezione dei radar deve anche considerare la media riflettività, la gamma di misura e la struttura di installazione.

Q8: Quali informazioni ha bisogno METRAVON per confermare la corretta antenna radar?

A:È meglio fornire disegni di serbatoio o foto di installazione del campo insieme alla dimensione di connessione di processo, gamma di misura, strutture interne e parametri medi piuttosto che fornire solo l'altezza del serbatoio.

Conclusioni

L'antenna di un trasmettitore di livello radar determina molto più dell'aspetto esterno dello strumento. Colpisce direttamente la direttività dell'onda radar, il rapporto segnale-rumore e la capacità dello strumento di identificare l'obiettivo corretto in serbatoi complessi.

La logica di selezione dell'antenna è diversa per i serbatoi di stoccaggio liquidi ordinari, i supporti corrosivi, i silos ad alta polvere e i vasi stretti.

Quando si seleziona un trasmettitore di livello radar, METRAVON raccomanda di valutare la frequenza di funzionamento, il tipo di antenna, l'angolo del fascio e la struttura di installazione come un sistema integrato, piuttosto che confrontare solo l'intervallo di misura massimo e l'accuratezza nominale.

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Misuratori di livello radar · Misura di livello

Autore: Arvin · Fonte: Strumenti METRAVON