Angolo di fascio del radar di livello: calcolo e regole di installazione | METRAVON

Angolo di fascio del sensore di livello radar: cos'è e come dimensionarlo per il tuo serbatoio

L'angolo del fascio di un sensore radar di livello descrive il diagramma dell'antenna secondo la convenzione della scheda tecnica, comunemente come angolo totale al contorno di metà potenza (-3 dB). Un fascio focalizzato può aiutare a evitare pareti e strutture interne, ma la sola frequenza non ne definisce l'angolo né dimostra l'idoneità del punto di montaggio.

Capire l'angolo di fascio dichiarato

L'angolo di fascio è dichiarato come angolo completo nella maggior parte delle schede tecniche, non come semiangolo. Al bordo di quel cono la potenza è 3 dB sotto il centro — 50%. Non è «nessun segnale», quindi un riflettore forte appena fuori dal cono nominale può ancora essere rilevato. Le regole pratiche di installazione aggiungono quindi margine.

Poiché il fascio si allarga con la distanza, l'impronta cresce linearmente:

Diametro dell'impronta (m) ≈ 2 × Distanza (m) × tan(θ / 2)

θ è l'angolo totale del fascio. Per piccoli angoli è utile l'approssimazione: diametro dell'impronta ≈ distanza × angolo in radianti. Un fascio di 4° produce quindi circa 70 mm di diametro per ogni metro di distanza.

Diametro dell'impronta alle diverse distanze

A 10 m, il diametro geometrico di un fascio di 8° è circa 1,4 m. Prevedi una distanza libera aggiuntiva per posizione di montaggio, caratteristiche dell'antenna e possibili riflettori forti esterni al cono nominale.

Applicare l'impronta alla disposizione del recipiente

Serbatoi stretti

A 8 m di distanza, il diametro geometrico dell'impronta di un fascio di 10° è circa 1,40 m; per 4° è circa 0,56 m. In un serbatoio di diametro 1 m, il cono più stretto offre maggiore distanza libera, ma l'installazione dipende anche da decentramento, materiale delle pareti, strutture interne e caratteristiche dell'antenna.

Tubi verticali e bocchelli lunghi

Un bocchello lungo può introdurre riflessioni di campo vicino e multiple. La sola geometria del fascio in campo lontano non stabilisce una lunghezza di bocchello ammissibile: usa i requisiti specifici dell'antenna di diametro, lunghezza, sporgenza e finitura superficiale dal manuale di installazione.

Serbatoi con parti interne

Agitatori, serpentine di riscaldamento, deflettori e scale si trovano da qualche parte nel cono. I fasci stretti non li eliminano, ma riducono il numero di quelli che il radar può vedere e riducono l'energia che restituiscono.

Schiuma e prodotti a bassa costante dielettrica

Un fascio stretto può distinguere meglio la superficie dalle riflessioni indesiderate del serbatoio. Le prestazioni con schiuma e liquidi poco riflettenti dipendono anche da dinamica, antenna e prodotto; 80 GHz non offre sempre una migliore penetrazione della schiuma rispetto a 26 GHz.

Dimensioni del bocchello e distanze libere di montaggio

1. Seleziona alesaggio e lunghezza del bocchello dal disegno di installazione per l'antenna esatta.
2. Evita lunghezze di bocchello e spigoli interni inutili. La lunghezza aggiuntiva del bocchello non ha una relazione uno-a-uno universale con la distanza di blocco.
3. Al minimo livello operativo, confronta il raggio del fascio con la distanza dalla parete o struttura interna più vicina. Includi distanza e margine di montaggio prescritti dal modello; il cono nominale non è un confine oltre il quale i riflettori diventano invisibili.
4. Mantieni il percorso di misura libero dal flusso d'ingresso e dal conseguente disturbo superficiale.
5. Evita di montare direttamente sopra un albero dell'agitatore, anche se le pale sono sotto il campo di misura.
6. Per recipienti in plastica o PRFV, valuta le possibili riflessioni da strutture esterne e segui le istruzioni di montaggio dell'antenna. Non aggiungere una flangia o un tubo metallici come presunta schermatura universale a radiofrequenza.

Cosa non corregge un angolo di fascio minore

• L'attenuazione della schiuma dipende da spessore, frazione liquida, conducibilità e struttura delle bolle. La focalizzazione del fascio non elimina questi effetti.
• Condensa sull'antenna. Un fascio stretto non può evitare un film sulla propria faccia.
• Costante dielettrica molto bassa in un serbatoio alto. A 30 m, anche un fascio di 4° è largo 2,1 m e l'energia di ritorno di un prodotto con εr di 1,8 può essere ancora sotto la soglia.

Scegliere tra 26 GHz e 80 GHz solo sull'angolo di fascio

Esempio di dimensionamento: bocchello da 100 mm su serbatoio da 1,2 m

Un serbatoio di 1,2 m di diametro, alto 8 m, con bocchello ad alesaggio 100 mm e lungo 400 mm. Quale angolo di fascio è accettabile?

• Distanza libera al fondo. Con asse verticale centrato in un serbatoio di diametro 1,2 m e distanza di 8 m, l'angolo totale limite geometrico è 2 × arctan(0,6/8), circa 8,6 gradi, prima di qualsiasi margine d'installazione. Un asse decentrato ha meno spazio verso la parete più vicina. In questo esempio semplificato, un fascio di 4° offre più margine geometrico.
• Verifica del bocchello. Il semplice calcolo del cono dà circa 28 mm a 0,4 m per un fascio di 4°, ma ciò non prova che il bocchello sia accettabile: governano il campo vicino dell'antenna e il disegno di montaggio specificato.
• L'alternativa. A 8 m, un fascio di 10° è largo circa 1,40 m, superando il diametro di 1,2 m del recipiente. Ciò aumenta il rischio di interazioni con la parete a basso livello; non garantisce una lettura falsa in ogni installazione.

Un'antenna da 4° offre più spazio libero in questo esempio. Conferma compatibilità del bocchello e qualità del segnale sull'intero campo di livello richiesto prima di scegliere lo strumento.

Verifica delle distanze libere su un'installazione esistente

1. Misura il diametro del serbatoio e la distanza dalla flangia al livello più basso da misurare.
2. Calcola l'impronta a quella distanza dall'angolo di fascio della scheda tecnica.
3. Applica la distanza libera richiesta per radar, decentramento di montaggio, parete e strutture interne effettivi, senza sottrarre un valore universale di 100 mm.
4. Se l'impronta supera lo spazio disponibile, esamina le curve a basso livello per individuare riflessioni dalle pareti o percorsi multipli.
5. Le modifiche possibili includono un'antenna più stretta o una disposizione di calma compatibile. Alzare il livello misurato più basso è accettabile solo se soddisfa ancora il requisito di processo.

FAQ

L'angolo di fascio è misurato a −3 dB o −6 dB?

Usa la convenzione indicata nella scheda tecnica. Per lo stesso diagramma, il contorno a -6 dB è normalmente più largo di quello a -3 dB: angoli definiti diversamente non sono intercambiabili. Nessuno dei due contorni costituisce un limite oltre il quale un riflettore metallico diventa invisibile.

Posso calcolare l'impronta dal diametro dell'antenna?

Dimensione dell'apertura e lunghezza d'onda influenzano il fascio, ma contano anche progetto e illuminazione dell'antenna. Una stima dal diametro non autorizza il montaggio. Usa angolo totale specificato e disegno della configurazione ordinata, verificando separatamente i limiti del bocchello nel campo vicino e l'impronta nel campo lontano.

Un fascio più stretto significa una portata maggiore?

Non da solo. Confronta campo di misura dichiarato per il prodotto, intensità dell'eco, antenna, ricevitore e installazione. La focalizzazione può ridurre le riflessioni indesiderate, ma non garantisce un'eco utile attraverso schiuma, depositi o vapori difficili. Campo di misura e spazio libero richiesto sono verifiche distinte.

Cosa succede se il fascio colpisce la parete del serbatoio?

Pareti o strutture interne possono produrre echi fissi o a percorsi multipli che disturbano l'inseguimento, soprattutto con echi deboli dalla superficie. Confronta i tracciati ai livelli interessati con la geometria del recipiente. La sovrapposizione indica un rischio da valutare, non prova che ogni installazione dia una lettura errata.

Un pozzetto di calma sostituisce un fascio stretto?

Un tubo o una camera compatibili possono migliorare il percorso di misura, ma dimensioni, aperture, rischio di depositi e risposta idraulica devono essere adatti a strumento e processo. Verifica configurazione e compensazione eventualmente richieste. Non aggiungere un pozzetto generico per evitare la verifica di antenna e bocchello.

Una revisione di montaggio richiede diametro e altezza del recipiente, alesaggio e lunghezza del bocchello, livelli operativi e posizioni delle parti interne.Richiedi una revisione di montaggio

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