Misura di livello radar FMCW: principi e selezione

I. Cos'è un misuratore di livello a radar FMCW? Il misuratore di livello a radar a onda continua a modulazione di frequenza, modello

, è comunemente noto comeMisuratore di livello radar FMCW.

Il circuito interno genera un segnale radar in continua variazione e lo trasmette tramite un'antenna verso la superficie del mezzo misurato. Quando il segnale raggiunge la superficie del materiale, viene riflesso. L'apparato analizza la differenza di frequenza tra il segnale trasmesso e l'eco ritornato per calcolare la distanza tra il radar e la superficie del mezzo, e successivamente converte tale distanza in livello di liquido o di materiale.

Alcuni strumenti radar FMCW utilizzano una frequenza operativa dipari a 24 GHz e una larghezza di banda di scansione di circa 1 GHz () per la scansione lineare. La frequenza operativa, l'intervallo di scansione e le prestazioni di misurazione variano in base al modello; le specifiche tecniche devono essere consultate nella relativa scheda tecnica del prodotto.

I misuratori di livello per radar FMCW possono essere utilizzati per:

• Carbone;

• Cemento;

• Grani;

• Alumina;

• Calcare;

• Materie prime chimiche, ecc.;

Vengono utilizzati in serbatoi di stoccaggio, silos e vasche di processo nelle industrie come cementizia, chimica, protezione ambientale, generazione di energia e lavorazione alimentare;

II. Qual è il principio di funzionamento di un misuratore di livello liquido a radar a impulsi?

Un misuratore di livello liquido a radar a impulsi utilizza impulsi microonde per la misurazione continua del livello.

Il processo di misurazione base può essere riassunto come segue:

Trasmissione di impulsi microonde → Riflessione dalla superficie del mezzo → Ricezione dell'eco → Calcolo del tempo di propagazione → Determinazione della distanza → Conversione in valore di livello

I misuratori di livello liquido a radar possono essere utilizzati per la misurazione continua di liquidi, sospensioni e materiali granulari.

Con modelli adeguati e condizioni operative appropriate, questi dispositivi possono essere impiegati anche in ambienti industriali caratterizzati da significative variazioni di temperatura o pressione, oppure in presenza di gas inerti o gas volatili.

Poiché si utilizza una misurazione a microonde senza contatto, lo strumento generalmente non richiede componenti di misurazione meccanici in grado di entrare in contatto diretto con la superficie del mezzo, e può pertanto essere installato su diversi tipi di serbatoi industriali.

III. Cosa determina il prezzo di un misuratore di livello liquido a radar a impulsi?

: non esiste un prezzo uniforme per i misuratori di livello liquido a radar a impulsi.

Il prezzo effettivo è generalmente determinato dai seguenti fattori:

• Intervallo di misurazione;

• Frequenza di funzionamento;

• Struttura dell'antenna;

• Connessione del processo;

• Requisiti di resistenza termica;

• Requisiti di resistenza alla pressione;

• Materiali resistenti alla corrosione;

• Requisiti di protezione o di protezione contro l'esplosione;

• Uscita di segnale;

• Modello specifico.

Pertanto, i prodotti con lo stesso nome generale «misuratore di livello liquido a radar» possono avere prezzi notevolmente diversi a causa di differenze nella struttura del prodotto e nelle condizioni di applicazione.

Prima dell'acquisto, è necessario verificare innanzitutto il tipo di fluido e le condizioni del sito; successivamente, va richiesta una preventiva basata sul modello specifico.

IV. Quali sono le caratteristiche dei misuratori di livello liquido a radar a onda guidata?

Il radar a onda guidata si differenzia dal radar per spazio libero.

Il segnale radar si propaga lungo una barra guida o un cavo in acciaio. Quando il segnale raggiunge la superficie del mezzo, viene riflesso e ritorna all'apparato seguendo la stessa traiettoria originale.

La struttura d'onda guidata consente all'energia radar di propagarsi in modo concentrato lungo la sonda, offrendo vantaggi in determinate imbarcazioni di piccole dimensioni e in applicazioni che riguardano mezzi con basse proprietà dielettriche.

Caratteristiche comuni dei misuratori di livello a radar a onde guidate includono:

• Struttura compatta dello strumento;

• Requisiti di spazio di installazione relativamente ridotti;

• Adatto per serbatoi di piccole dimensioni;

• L'energia è concentrata lungo la sonda;

• Segnali eco relativamente stabili;

• I parametri possono essere configurati tramite un modulo di visualizzazione locale;

• Adatto per diversi ambienti complessi di misurazione del livello di liquido.

Alcuni strumenti radar a onde guidate utilizzano una alimentazione a due fili, consentendo sia l'alimentazione elettrica sia la trasmissione del segnale di processo di essere realizzate attraverso un unico cavo a due core.

Si prega di notare che la zona cieca specifica, l'accuratezza, la ripetibilità e la portata del mezzo applicabile devono essere determinate in base alle specifiche tecniche del modello corrispondente.

V. Perché il radar a onde guidate è adatto per piccoli serbatoi di stoccaggio?

Il radar in spazio libero richiede che un determinato fascio radar si formi all'interno della nave.

Per navi con diametri relativamente piccoli o con numerose strutture interne, le pareti del serbatoio e i componenti interni possono generare riflessioni aggiuntive.

Il radar a onde guidate guida il segnale attraverso una barra sonda o un cavo in acciaio, il che può ridurre l'interazione tra il fascio radar in spazio libero e le strutture circostanti.

Pertanto, il radar a onde guidate può essere valutato in base alle condizioni effettive del sito per:

• piccoli serbatoi di stoccaggio;

• spazi di installazione stretti;

• determinate condizioni operative con superfici liquide variabili;

VI. Qual è la funzione dell'antenna del misuratore di livello liquido a radar?

L'antenna rappresenta una componente fondamentale di un sistema di misurazione del livello a radar.

Il sensore radar trasmette onde elettromagnetiche verso la superficie del mezzo tramite l'antenna; parallelamente, l'antenna è responsabile anche della ricezione dei segnali di eco riflessi dalla superficie del mezzo.

Si può interpretare come segue:

L'antenna svolge sia la trasmissione che la ricezione dei segnali radar.

La struttura dell'antenna influisce su:

• copertura del fascio radar;

• capacità di focalizzazione del segnale;

• dimensioni di installazione;

• connessione di processo;

• adattabilità all'accumulo di polvere o di materiali;

• prestazioni in diverse condizioni ambientali;

I tipi più comuni di antenne radar includono:

• tipo a barra;

• tipo a cornetta;

• Tipo con altoparlante integrato;

• – Tipo parabolico;

• – Tipo array;

• – Tipo igienico;

• – Tipo planare;

• – Tipo a forma di goccia;

– Diverse antenne sono adatte a diverse condizioni di sito e devono essere selezionate in base alle caratteristiche del mezzo e del contenitore.

VII. Qual è la differenza tra un misuratore di livello ultrasonico e un misuratore di livello radar?

La differenza più fondamentale tra i misuratori di livello ultrasonici e i misuratori di livello a radar risiede nel tipo di segnale di misurazione utilizzato.

I misuratori di livello ultrasonici utilizzano onde sonore.

I misuratori di livello a radar utilizzano onde elettromagnetiche.

– Per le condizioni operative in cui sulla superficie del liquido è presente schiuma, non si può semplicemente presupporre che tutti gli strumenti radar siano in grado di penetrare tale schiuma.Lo spessore della schiuma, il contenuto d'acqua e la struttura possono influenzare l'eco effettivo.

Pertanto, è necessario confermare l'applicabilità specifica in base al mezzo e al modello del prodotto.

VIII. Qual è il principio di misurazione di un misuratore di livello d'acqua a radar?

Alcuni strumenti radar a onde guidate utilizzano la riflettometria nel dominio del tempo per effettuare le misurazioni.

Gli impulsi elettromagnetici si propagano lungo un cavo in acciaio o una sonda.Quando interagiscono con la superficie del mezzo misurato, una parte del segnale viene riflessa formando un eco e ritorna all'istrumento lungo il percorso di propagazione originale.

L'apparato calcola la distanza tra il punto di riferimento della sonda e la superficie del mezzo in base al tempo di propagazione di andata e ritorno dell'impulso elettromagnetico, per poi convertire tale distanza nel livello reale del liquido.

: Questo metodo di misurazione può essere utilizzato anche per il monitoraggio del livello dell'acqua e di altri liquidi.

IX. In quali settori sono adatti i misuratori di livello a radar intelligenti? I misuratori di livello a radar intelligenti

possono essere utilizzati per la misurazione continua del livello di solidi, materiali granulari e polveri.

Tra le industrie tipiche figurano:

• – Carbone;

• Generazione di energia;

• Petrochimica;

• Chimica;

• Metallurgia;

• Alimentari;

• Industria generale;

Le applicazioni comuni includono:

• Silos per carbone;

• – Silos per ceneri;

• – Silos per materiali granulari solidi;

• – Serbatoi di stoccaggio di sospensioni;

• – Serbatoi per olio;

• – Serbatoi di stoccaggio di acidi e basi;

– La misurazione del livello mediante radar è un metodo di misurazione senza contatto che può essere utilizzato per diversi mezzi, sia conduttivi che non conduttivi.

Per mezzi viscosi, ad alta temperatura, soggetti a variazioni di pressione, polverosi o corrosivi, è necessario selezionare un'antenna, un materiale e un modello di radar adeguati in base alle condizioni operative effettive.

X. Qual è lo scopo degli standard relativi ai misuratori di livello di liquido a radar?

Gli standard relativi ai misuratori di livello di liquido a radar vengono utilizzati per regolare la progettazione, la produzione, i test e l'applicazione di tali strumenti.

Per i produttori, gli standard possono includere:

• Nuovi requisiti tecnici;

• Nuova terminologia;

• Metodi di prova;

• Requisiti di sicurezza;

• Requisiti di prestazioni del prodotto.

Per i progetti ingegneristici, è particolarmente importante verificare quali standard sono richiesti dalle specifiche del progetto e se il prodotto specifico soddisfa i requisiti tecnici relativi al progetto.

Pertanto, gli standard dovrebbero essere considerati una base fondamentale per la progettazione dei prodotti e per le applicazioni ingegneristiche, e non utilizzati semplicemente come contenuti promozionali.

In quali condizioni è necessario verificare informazioni durante la selezione di un misuratore di livello radar?

FAQ

Q1: Qual è la differenza tra il radar a FMCW e il radar a impulsi?Il radar

calcola la distanza attraverso un'oscillazione continua della frequenza e l'analisi della differenza di frequenza tra il segnale trasmesso e l'eco ricevuto; il radar a impulsi calcola principalmente la distanza analizzando il tempo di propagazione di andata e ritorno degli impulsi radar. Entrambe le tecnologie possono essere utilizzate per la misurazione continua del livello.

Q2: I misuratori di livello a radar possono essere utilizzati esclusivamente per sostanze solide?

No.A seconda del modello, il radar FMCW può essere utilizzato sia per la misurazione del livello di materiali solidi sia per quella di liquidi. L'applicazione effettiva dipende dal design del prodotto e dalle condizioni operative sul sito.

Q3: Perché il radar a onde guidate è adatto per i mezzi con bassa costante dielettrica?

: Il radar a onde guidate concentra e guida l'energia elettromagnetica lungo una sonda o un cavo in acciaio, consentendo di ottenere eco relativamente stabili in alcuni mezzi con basse proprietà dielettriche.Tuttavia, il requisito dielettrico minimo specifico deve ancora essere verificato attraverso il foglio tecnico del prodotto.

Q4: È sempre meglio utilizzare un'antenna per misuratore di livello liquido per radar di dimensioni maggiori?

No. L'antenna deve essere adattata alla frequenza operativa, all'intervallo di misurazione, allo spazio di installazione e al mezzo utilizzato. Diverse strutture di antenna servono a scopi diversi; le prestazioni non possono essere determinate esclusivamente in base alle dimensioni dell'antenna.

Q5: Il misuratore di livello a radar è sempre più accurato rispetto al misuratore di livello ultrasonico?

Questa conclusione non può essere considerata assoluta; l'accuratezza effettiva dipende dal modello specifico, dalla distanza di misurazione, dalla condizione del mezzo e dalle condizioni di installazione. In condizioni operative complesse – ad esempio in presenza di polvere abbondante, vapore o vuoto – il sistema radar presenta generalmente un campo di applicazione più ampio.

Q6: È possibile che un misuratore di livello a radar misuri il livello effettivo del liquido sotto una schiuma?

Questo dipende dalle proprietà della schiuma. I diversi tipi di schiuma determinano livelli differenti di riflessione e attenuazione delle onde radar; pertanto, non si dovrebbe presumere che il radar possa penetrare in tutti i tipi di schiuma.

Conclusione

– I misuratori di livello radar FMCW misurano la distanza dalla superficie di un materiale mediante un procedimento di scansione continua della frequenza e possono essere utilizzati per il monitoraggio del livello di carbone, cemento, cereali, allumina, calcare, materie prime chimiche e altri materiali.

: Sebbene il radar a impulsi, il radar a FMCW e il radar a onde guidate appartengano tutti alla categoria delle tecnologie di misurazione del livello mediante radar, differiscono per i metodi di propagazione del segnale e di elaborazione del segnale.

Nella selezione pratica, si dovrebbero prestare particolare attenzione ai seguenti fattori:

Tipo di sistema, distanza di misurazione, proprietà dielettriche, temperatura, pressione, polvere, schiuma, vapore, corrosività, viscosità e struttura dell'antenna.

: Scegliere il principio di funzionamento del radar e l'antenna più adatti alle specifiche condizioni operative ha un'importanza pratica maggiore rispetto alla semplice comparazione di frequenza, intervallo di misurazione o prezzo.