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Riassunto tecnico: I trasmettitori di livello radar
sono strumenti di misurazione continua a contatto non diretto utilizzati in serbatoi, reattori, silos e nei processi con materiali in massa. La selezione tecnica deve considerare il principio di misurazione, la frequenza operativa, la classe di precisione, il tipo di antenna, il mezzo misurato e le condizioni di processo. I diversi tipi di radar differiscono per angolo del fascio, portata, distanza di blocco, sensibilità di accumulo e capacità di funzionare in presenza di strutture interne.
Indice
Caratteristiche principali dei trasmettitori di livello radar
In che modo vengono classificati i trasmettitori di livello radar?
Cos'è un trasmettitore di livello a radar?
Un trasmettitore di livello a radar, o strumento di misurazione del livello a radar, utilizza energia elettromagnetica a microonde per misurare il livello di liquidi o di solidi sfusi. Il radar a spazio libero è solitamente installato sopra la superficie del prodotto e non richiede che l'antenna di misurazione rimanga immersa nel mezzo di processo.
Le applicazioni tipiche includono serbatoi di stoccaggio, vasche per processi chimici, reattori, bacini idrici, silos, polveri, granuli e processi industriali complessi.
Come funziona la misurazione del livello mediante radar?
Trasmissione a microonde → Riflessione sulla superficie del prodotto → Ricezione dell'eco → Elaborazione del segnale → Calcolo della distanza → Conversione del livello
Per radar a impulso time-of-flight:
d = c × t / 2
SeEDove d_ref rappresenta la distanza di riferimento vuota, il livello di prodotto può essere espresso come:
H = E − d
Il radar misura innanzitutto la distanza; successivamente, l'apparato converte tale distanza in livello, percentuale o volume in base alla configurazione della nave.
Caratteristiche principali dei trasmettitori di livello per radar
1. Misurazione senza contatto
Il radar in ambiente libero riduce il contatto diretto con il processo, l'usura meccanica, l'esposizione alla corrosione, la contaminazione e i costi di manutenzione associati ad alcune tecnologie a contatto.
2.Non presenta movimento di misurazione meccanico –
A differenza dei sistemi a galleggiante o a sfera verticale meccanica, il radar generalmente non è dotato di un gruppo di misurazione meccanico in movimento continuo –
3. Adatto a diverse condizioni di processo complesse.
Il radar può essere utilizzato in ambienti caratterizzati da vapore, polvere, variazioni di temperatura o di pressione, agitazione e superfici solide irregolari. Tuttavia, condizioni estreme di temperatura o pressione, schiuma spessa, condensazione intensa o polvere densa richiedono comunque una valutazione specifica per ciascun modello.
4.Applicabile ai liquidi e ai solidi in grande quantità
A seconda della frequenza, dell'antenna e del trattamento del segnale, i radar possono essere utilizzati per misurare il livello di acqua, liquidi industriali, oli, prodotti chimici, sospensione, polveri, pellet, prodotti minerari, cemento e cereali.
In che modo vengono classificati i trasmettitori di livello a radar?
In base al principio di misurazione;
In base alla frequenza operativa;
In base alla classe di precisione;
In base al tipo di antenna;
In base al mezzo misurato;
In base all'applicazione industriale;
1. Classificazione in base al principio di misurazione;
Radar a impulsi;
Il radar a impulsi trasmette brevi impulsi microonde e determina la distanza in base al tempo di propagazione;
Radar FMCW;
Il termine "FMCW" indica;Onda Continua a Modulazione di FrequenzaIl radar modifica continuamente la frequenza di trasmissione e calcola la distanza del bersaglio sulla base della differenza di frequenza tra il segnale di trasmissione corrente e il segnale di ritorno ritardato.
La frequenza operativa e il principio di misurazione sono concetti diversi. Il valore "26 GHz" da solo non indica se un determinato strumento sia un radar a impulsi o un radar FMCW.
2. Classificazione in base alla frequenza operativa:
Radar a 26 GHz;
Radar a 26 GHz è una tecnologia matura ampiamente utilizzata per serbatoi d'acqua, bacini per acque reflue, depositi di materiali chimici, serbatoi di petrolio e numerosi silos convenzionali per solidi sfusi.
: radar a 80 GHz;
radar a onde millimetriche a 80 GHz; grazie a un adeguato design dell'antenna è possibile generare un fascio stretto, rendendolo particolarmente indicato per navi di piccolo diametro, reattori, ambienti di installazione ristretti e silos complessi per materiali solidi.
Radar a 120 GHz e altri radar a frequenze più elevate;
I radar a onde millimetriche ad alta frequenza possono consentire l'uso di antenne più piccole e di fasci di radiazione più stretti; tuttavia, le prestazioni effettive dipendono ancora dal design dell'antenna, dalla larghezza di banda del FMCW, dalla riflettività del mezzo, dal processamento del segnale e dalle condizioni di installazione.
Una frequenza più elevata non implica automaticamente che ogni parametro di prestazione sia migliore.
3. Classificazione per classe di accuratezza:
Radar per processi;
Radar per processi: questo radar è progettato per consentire misurazioni continue e stabili utilizzate per l'emissione di allarmi, il controllo delle pompe, l'esercizio dei processi e l'analisi delle tendenze dell'inventario.
Radar ad alta precisione o orientato alla custodia;
Radar ad alta precisione può essere utilizzato in situazioni in cui la ripetibilità e l'incertezza di misurazione sono più esigenti, ad esempio nel controllo degli inventari o in determinate applicazioni di misurazione di serbatoi. L'utilizzo formale per la trasferenza della custodia dipende dalle certificazioni e dalle normative applicabili.
4. Classificazione in base al tipo di antena;
Antenna a cornetta
Le antenne a corna sono soluzioni consolidate caratterizzate da una buona direzionalità. Alla stessa frequenza, un aumento dell'apertura dell'antenna genera generalmente un fascio più stretto. Tra le applicazioni tipiche rientrano i serbatoi convenzionali e alcuni grandi silos; per i prodotti ad alto contenuto o ad alta viscosità è necessaria particolare attenzione. Antenna parabolica
; Antenne paraboliche
offrono una elevata direzionalità e una distribuzione concentrata dell'energia, risultando particolarmente vantaggiose per applicazioni a lungo raggio o per materiali solidi difficili da trattare.È necessario considerare la dimensione fisica più elevata e il potenziale di accumulo di tali antenne. L'antenna array
e le antenne array
utilizzano più elementi radianti per controllare il fascio; sono comunemente impiegate nei radar moderni a onde millimetriche, dove sono desiderabili dimensioni compatte e prestazioni con fascio stretto. L'antenna a lente o planare
e le soluzioni a lente o planari
sono comuni nei radar operanti a 80 GHz e frequenze superiori; consentono connessioni di processo compatte, fasci stretti e involucri meccanici ridotti.La compatibilità materiale deve essere verificata per il mezzo di processo.
– Come dovrebbero essere confrontate le diverse antenne?
| Tipo di antenna; | Caratteristiche principali; | Applicazioni tipiche; | Considerazioni chiave; |
|---|---|---|---|
| Horn; | Sistema maturo con buona direzionalità; | Tank convenzionali, impianti di grandi dimensioni; | Spazio di installazione e configurazione; |
| Parabolico; | Alto guadagno e forte direzionalità; | Lungo raggio d'azione, adatto per alcuni silos per solidi; | Dimensioni elevate, adatto per depositi; |
| Matrice; | Buon controllo del fascio; | Radar a onde millimetriche;Vasi complessi | Progettazione specifica per modello |
| Lente / Struttura planare | Connessione compatta e di piccole dimensioni, fascio stretto | Radar per frequenze di 80 GHz e superiori | Compatibilità dei materiali |
5. Classificazione in base al mezzo misurato
Misurazione del livello radar per liquidi
I mezzi tipici includono acqua, liquidi industriali, olio, prodotti chimici, acque reflue e sospensioni. Fattori importanti includono il comportamento dielettrico, la schiuma, il vapore, l'agitazione, la temperatura e la pressione.
Misurazione del livello con radar per materiali solidi in quantità elevate;
I prodotti tipici includono cemento, polvere minerale, carbone, cenere, cereali e pellet di plastica. I materiali solidi determinano l'angolo di riposo, la formazione di pile coniche, superfici a imbuto, polvere, accumulo su pareti e variazioni nella geometria della riflessione.
Come confrontare diversi tipi di radar:
| Articolo | Radar a 26 GHz; | Radar a 80 GHz; | Radar a onde millimetriche ad alta frequenza; |
|---|---|---|---|
| Maturità tecnologica; | Matura; | Matura e ampiamente adottata; | Adozione crescente; |
| Fase tipica; | Relativamente più ampio; | Più ristretto; | Può essere ancora più ristretto; |
| Dimensione dell'antenna; | Relativamente più grande; | Più piccola; | Potenzialmente più piccola |
| Piccoli contenitori | Valutare attentamente | Spesso vantaggioso | Dipende dal modello |
| Interni complessi | La posizione di installazione è critica | Un fascio stretto è vantaggioso | Dipende dalla progettazione del prodotto |
| Grandi serbatoi semplici | Adatto | Adatto | Valutare i costi e le esigenze di processo |
| Silos per solidi complessi | Applicabile | Spesso merita di essere prioritizzato | Valutare tramite l'applicazione |
– Applicazioni industriali tipiche
1. Silos per cemento e estrazione mineraria
Sfida del sito:Polvere densa, superfici irregolari, altezza elevata del silo, accumulo di polvere e impatto durante il riempimento.
Trasmittente di livello a radar → RS485, Modbus RTU / 4–20 mA, mA → PLC,
; 2. Serbatoi e reattori chimici →
Sfida del sito:Media corrosivi, vapore, temperatura, pressione, agitazione e strutture interne.
Trasmettitore di livello radar → 4–20 mA/HART → PLC / DCS
3. Silos per materie prime granulari e a volume
La selezione deve considerare l'angolo del fascio, l'altezza del silo, la polvere, la posizione di riempimento e la geometria della superficie del materiale.
4. Serbatoi per stoccaggio di olio e liquidi industriali
Selezionare in base alla dimensione del serbatoio, alla temperatura del processo, alla pressione, alle proprietà del fluido e ai requisiti di precisione.
5. Monitoraggio remoto per più silos
Multiple trasmettitori di livello radar → RS485 / RTU → Gateway industriale → 4G / Ethernet → SCADA / IoT
Guida alla selezione del radar per misurazione del livello
| Articolo | Cosa confermare |
|---|---|
| Prodotto da misurare | Liquidi, sospensioni, polverio granuli |
| Nome del prodotto | Utilizzato per valutare il comportamento dielettrico e la compatibilità del materiale |
| Distanza di misurazione | Distanza massima fino al livello più basso |
| Geometria del contenitore | Altezza, diametro, forma |
| Componenti interni | Travi, bobine, scale, agitatori, tubazioni di riempimento |
| Temperatura del processo | Pressione di processo normale e massima |
| valore normale e valore massimo | |
| Condizioni del processo: | Spugna, polvere, vapore, condensazione, agitazione; |
| Connessione di processo; | Filetto, flangia, dimensione |
| Output: | 4–20 mA: mA, HART, RS485, Modbus RTU, |
| Integrazione del sistema: | PLC, DCS, RTU, SCADA, gateway industriale: |
| Zona pericolosa: | Certificazione obbligatoria per la protezione contro esplosioni: |
; Considerazioni per l'installazione:
Evitare i flussi di riempimento
tali flussi possono generare forti eco dinamici.
Evitare ostacoli interni
tubazioni, scale, agitatori e travi possono provocare riflessioni fisse.
Utilizzare l'angolo del fascio per determinare la posizione di montaggio
non applicare una stessa distanza tra il serbatoio e la parete a ogni radar; utilizzare invece l'angolo effettivo del fascio e la distanza di misurazione.
Verificare la geometria della bocchetta
bocchette lunghe e strette possono generare riflessioni aggiuntive.Segui i requisiti di installazione specifici per il prodotto in questione.
Suppressione di falsi eco –
Utilizza la mappatura dei falsi eco, il smorzamento e le impostazioni del modo di applicazione secondo le esigenze.
FAQ –
Q1: Qual è la differenza tra un trasmettitore di livello radar e un misuratore di livello radar?
«Trasmettitore di livello a radar» è comunemente utilizzato negli strumenti industriali che forniscono un segnale di processo; al contrario, «misuratore di livello a radar» è un termine più ampio. In pratica, la terminologia varia a seconda del settore industriale.
Q2: Il radar è completamente indipendente dalla temperatura e dalla pressione?
No. La propagazione del radar è relativamente insensibile a molti cambiamenti nella fase gassosa; tuttavia, i collegamenti di processo, le guarnizioni, l'antenna e l'elettronica presentano comunque limiti di temperatura e pressione.
Q3: L'uso a 80 GHz è sempre preferibile rispetto a quello a 26 GHz?
No. A 80 GHz si ottiene spesso un fascio più stretto e un collegamento di processo di dimensioni ridotte, mentre a 26 GHz la tecnologia rimane adeguata per molti serbatoi convenzionali e processi industriali.
Q4: Quale soluzione è preferibile: un'antenna a corna o un'antenna a array?
Nessuno dei due è universalmente preferibile; la scelta dipende dalla frequenza operativa, dalla portata, dalla geometria del veicolo, dalla connessione del processo e dal rischio di accumulo.
Q5: Il radar può misurare cemento e polvere minerale?
Sì, ma nella selezione è necessario considerare la polvere, l'angolo di riposo, l'altezza del silo, le proprietà dielettriche e il rischio di accumulo.
Q6: Il radar può essere utilizzato per la misurazione in serbatoi agitati?
Sì, purché la posizione di installazione eviti ostacoli intensi e l'istrumento sia configurato con una soppressione e smorzamento dell'eco adeguati.
Q7: Qual è la differenza tra un radar per applicazioni industriali e un radar ad alta precisione?
I radar per applicazioni industriali danno priorità alla misurazione continua e stabile; i radar ad alta precisione attribuiscono maggiore importanza alla ripetibilità e all'incertezza della misurazione.
Q8: un trasmettitore di livello radar può connettersi direttamente a PLC?
sì, dipende dall’interfaccia disponibile 4-20 mA, HART, o RS485 Modbus RTU.
Q9: quale radar dovrebbe essere prioritario per silos di solidi complessi? Il radar ad alta frequenza a banda stretta
vale spesso la pena di valutarlo per primo, ma la selezione finale dipende ancora dal prodotto e dall’installazione.
Q10: qual è il singolo parametro di selezione radar più importante?
non c’è un singolo parametro. Il mezzo, l’intervallo, l’angolo del fascio, la temperatura, la pressione, l’antenna, la posizione di installazione e l’interfaccia di comunicazione devono essere considerati insieme.
conclusione
la misurazione del livello del Radar è una tecnologia matura senza contatto per serbatoi, reattori, silos e processi di materiale di massa. Una selezione corretta richiede l’applicazione del principio di misura corrispondente, della frequenza di funzionamento, della classe di precisione, della struttura dell’antenna, delle condizioni di processo e dell’interfaccia di sistema.
METRAVON scelta del livello di Radar
per la valutazione del progetto, fornire nome medio, stato liquido o solido, campo massimo, dimensioni del recipiente, temperatura, pressione, polvere, schiuma, vapore, condizioni di condensazione, elementi interni, connessione al processo, requisiti di comunicazione e foto del sito o disegni del contenitore.
