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Sensore radar di livello dell'acqua METRAVON: principio di funzionamento, vantaggi e guida alla scelta
I sensori radar di livello dell'acqua misurano con onde elettromagnetiche la distanza tra uno strumento montato in alto e la superficie dell'acqua. Poiché il sensore non deve rimanere immerso, il radar è ampiamente utilizzato su fiumi, bacini, canali aperti, stazioni di monitoraggio delle piene, strutture per acque reflue e serbatoi idrici industriali.
La scelta non deve basarsi soltanto su portata e accuratezza. Altezza di montaggio, livelli idrici storici massimi e minimi, larghezza del fascio, strutture circostanti, alimentazione e architettura di comunicazione influenzano tutti il risultato finale.
Come funziona un sensore radar di livello dell'acqua?
Il radar trasmette un segnale elettromagnetico verso la superficie dell'acqua e riceve l'energia riflessa. A seconda del progetto, lo strumento può utilizzare il tempo di volo degli impulsi o l'elaborazione del segnale FMCW per calcolare la distanza.
Poiché utilizza onde elettromagnetiche, il radar non dipende dalla velocità del suono nell'aria. Questo è uno dei motivi per cui può essere più stabile della misura a ultrasuoni quando la temperatura o la composizione del gas cambiano sensibilmente.
Il sensore misura il livello o la distanza?
La misura primaria è la distanza dal piano di riferimento radar alla superficie dell'acqua. Il sistema di monitoraggio converte poi questa distanza in livello, quota, profondità dell'acqua o percentuale utilizzando il riferimento del sito.
Per un percorso di misura verticale, la quota dell'acqua rispetto al riferimento scelto è pari alla quota di riferimento radar meno la distanza misurata. Conservare il riferimento rilevato topograficamente indipendentemente dalle impostazioni del trasmettitore. Un'installazione inclinata o un supporto che si muove richiedono una verifica dell'installazione, non una correzione dello scostamento priva di spiegazione.
Una quota di riferimento errata può quindi generare un errore fisso di livello anche se la distanza radar è corretta.
Principali vantaggi della misura radar del livello dell'acqua
Nessuna sonda immersa è esposta direttamente a sedimenti, detriti o immersione prolungata.
Le variazioni della temperatura dell'aria non influenzano la distanza radar nello stesso modo in cui influenzano la velocità del suono nella misura a ultrasuoni.
Il radar può essere integrato con RTU, registratori di dati, telemetria cellulare e altri sistemi di monitoraggio.
Non vi sono galleggianti, pulegge o meccanismi di misura in movimento.
Perché 80 GHz è utile sui ponti e nei corsi d'acqua stretti?
Molti radar a 80 GHz possono produrre un fascio stretto con un'antenna compatta. Questo è utile quando pile di ponti, sponde, travi, parapetti o altre strutture sono vicini al punto di misura previsto.
Il vantaggio pratico consiste nel controllo del fascio e nella separazione dei bersagli. Una frequenza maggiore non significa automaticamente maggiore accuratezza in ogni applicazione.
Il radar è completamente insensibile alla temperatura?
No. Le variazioni della temperatura del gas di solito non sono una fonte importante di errore di distanza, ma le temperature estreme possono comunque influenzare elettronica, materiali della custodia, tenute, condensa e formazione di ghiaccio. Controllare sempre la temperatura ambiente ammessa per il modello scelto.
Cosa può ancora disturbare la misura radar del livello dell'acqua?
| Condizione | Possibile effetto |
|---|---|
| Sponda all'interno del fascio | Eco fisso indesiderato |
| Alveo esposto in magra | Ulteriore bersaglio concorrente |
| Pila o trave di un ponte | Forte riflessione fissa |
| Detriti galleggianti di grandi dimensioni | Eco anomalo temporaneo |
| Spruzzi intensi o cascata | Eco instabile della superficie |
| Ghiaccio o condensa intensa | Modifica dell'ambiente degli echi in campo vicino |
Una portata massima maggiore è sempre migliore?
Verificare la massima distanza sensore-acqua al livello di magra di progetto e la minima distanza al livello di piena di progetto. I dati storici contribuiscono a definire questi limiti, ma non sostituiscono i livelli di progetto. Una portata aggiuntiva a catalogo è utile soltanto se l'antenna e il bersaglio scelti forniscono il ritorno valido richiesto nel sito.
Che cos'è la distanza minima di misura?
Utilizzare la distanza minima di misura, il piano di riferimento e i limiti di installazione specificati per il modello scelto. Mantenere la condizione di massimo livello di progetto, compreso il margine richiesto per gli innalzamenti transitori, all'interno del campo valido. L'indicazione di un campo che inizia da zero non autorizza il contatto dell'acqua con l'antenna o la sua immersione durante la misura.
Perché è importante il livello storico di magra?
Man mano che la superficie dell'acqua si allontana, l'impronta del fascio si amplia. Durante la magra stagionale, l'alveo esposto, le sponde o i ripiani poco profondi possono entrare nel fascio anche se l'installazione funziona perfettamente a livello idrico normale.
Quali informazioni sul sito occorre fornire?
| Dato del sito | Dettaglio richiesto |
|---|---|
| Riferimento di misura | Piano dell'antenna rilevato topograficamente e riferimento richiesto per i valori comunicati |
| Massimo livello idrico di progetto | Superficie più vicina, margine per innalzamenti transitori e condizioni di accesso |
| Minimo livello idrico di progetto | Superficie più lontana e geometria dell'alveo o della sponda esposti |
| Ostacoli | Pile, travi, sponde e parapetti su un disegno in sezione |
| Interfaccia della stazione | Alimentazione effettiva, versione dell'uscita, protocollo e ingresso del registratore |
| Registrazione operativa | Requisiti di campionamento, trasmissione dei dati, stato e comportamento durante le interruzioni |
Le stazioni a energia solare richiedono un bilancio energetico dell'intero sistema
Calcolare il bilancio energetico dell'intera stazione: radar, RTU o registratore di dati, radio ed eventuali carichi ausiliari. Utilizzare il ciclo operativo scelto, il tempo di avvio, i picchi di trasmissione e l'autonomia richiesta. La rete cellulare e LoRaWAN sono scelte di telemetria, non funzioni dimostrate dall'indicazione dell'uscita radar.
Scelta dell'uscita e della comunicazione
Per MV-RD12T e MV-RD908F, confermare l'elettronica analogica o RS485 ordinata e i relativi requisiti di alimentazione. Se è fornito Modbus RTU, acquisire la mappa dei registri, le unità e i codici di stato. Se il registratore esistente richiede SDI-12 o un altro protocollo, chiedere una conferma esplicita della compatibilità o un'interfaccia adatta: i nomi di questi modelli non la dimostrano.
Protezione per esterni e contro le sovratensioni
Le stazioni idrologiche sui ponti e in luoghi remoti sono esposte a pioggia, umidità, UV e fulmini. Controllare il grado di protezione della custodia, i pressacavi, la protezione dalla corrosione, il controllo della condensa e l'eventuale necessità di SPD di alimentazione e segnale, messa a terra e collegamenti equipotenziali per l'intera stazione.
Un grado IP descrive la protezione della custodia. Da solo non garantisce il funzionamento durante un'immersione prolungata in piena, salvo che il prodotto specifico sia dichiarato idoneo a tale condizione.
Radar e sensore di livello idrostatico sommergibile a confronto
| Voce | Radar | Sonda di pressione |
|---|---|---|
| Contatto con l'acqua | Senza contatto | Immersa |
| Sedimenti | Non ricoprono il sensore | La sonda deve essere mantenuta libera dai sedimenti |
| Effetto della densità | Non è una variabile diretta di misura | Influenza direttamente la conversione in livello |
| Pozzi profondi | Limitato dalla geometria del pozzo | Spesso molto adatta |
| Monitoraggio fluviale dai ponti | Spesso vantaggioso | Richiede sonda e cavo sott'acqua |
Misura del livello dell'acqua con radar e ultrasuoni a confronto
I sensori a ultrasuoni possono essere economici per applicazioni aperte a corto raggio con condizioni dell'aria stabili. Il radar diventa particolarmente interessante quando la temperatura varia molto, la distanza di misura è maggiore, vi sono interferenze strutturali nel sito oppure le condizioni di vapore e gas sono meno prevedibili.
Cosa controllare nel confronto tra fornitori
- Dati chiari su portata, distanza minima e angolo del fascio;
- Caratteristiche ambientali e per esterni adeguate;
- Indicazioni di installazione basate sulla geometria effettiva del sito;
- Documentazione del protocollo e informazioni sul cablaggio;
- Capacità di valutare le curve degli echi e diagnosticare i problemi sul campo.
Non confrontare soltanto l'accuratezza
La qualità a lungo termine dei dati sul campo dipende da più della sola accuratezza di distanza in laboratorio. Il fascio deve evitare sponde e strutture dei ponti, lo strumento deve rimanere nel proprio campo valido sia in piena sia in magra e i sistemi di alimentazione, comunicazione e protezione dalle sovratensioni devono sostenere il funzionamento non presidiato.
Lista di controllo per la scelta
- La distanza massima copre il livello storico di magra;
- La distanza minima copre il livello storico di piena;
- L'impronta del fascio rimane, ove possibile, su una superficie d'acqua rappresentativa;
- L'alimentazione è compatibile con la stazione di monitoraggio;
- La comunicazione è compatibile con la RTU o il registratore;
- Sono previste la protezione per esterni e quella contro le sovratensioni;
- È disponibile assistenza per l'installazione e la messa in servizio.
Una volta scelto lo strumento, pianificare la verifica in sito e i successivi controlli del riferimento. Installazione e manutenzione dei radar idrologici
Domande sulla progettazione della stazione
Q1. La stazione può comunicare la profondità dell'acqua direttamente dalla distanza radar?
La distanza diventa profondità soltanto quando sono noti il riferimento del sensore e quello dell'alveo. Il livello rispetto a un riferimento fisso e la profondità sopra un alveo variabile sono grandezze diverse. Conservare il riferimento topografico dell'installazione e rivalutare i dati dell'alveo se erosione o sedimentazione modificano la sezione, anziché cambiare tacitamente il riferimento del livello idrometrico.
Q2. Un supporto esistente per ultrasuoni è necessariamente adatto a un radar?
Controllare l'attacco meccanico, l'orientamento dell'antenna, il piano di riferimento e l'intero inviluppo del fascio. Una foratura coincidente non conserva il vecchio riferimento né dimostra lo spazio libero in magra. Ricontrollare alimentazione, cablaggio, protocollo e stabilità del montaggio, quindi confrontare letture simultanee con il riferimento della stazione prima di interrompere la precedente registrazione.
Q3. Cosa deve comprendere un'offerta per una stazione a batteria?
Specificare gli intervalli di misura e trasmissione, l'autonomia richiesta e le condizioni locali di temperatura. Richiedere il profilo di corrente e il tempo di avvio del sensore scelto insieme ai carichi della RTU e della radio. Confermare che sia disponibile una lettura valida prima di togliere alimentazione: una modalità a basso consumo pubblicizzata non basta da sola a dimensionare la batteria o il campo fotovoltaico.
Riepilogo della scelta
La misura radar del livello dell'acqua riesce meglio quando lo strumento viene scelto in base all'intera geometria del sito e all'escursione stagionale dei livelli. Altezza di montaggio, impronta del fascio, distanza minima e requisiti di integrazione sono di solito più importanti della scelta della portata maggiore o del più piccolo valore di errore nella scheda tecnica.
Includere il riferimento topografico, l'intervallo dei livelli idrici di progetto, il disegno degli ostacoli, l'accesso e l'esposizione alle piene. Aggiungere l'alimentazione della stazione, l'ingresso del registratore, gli intervalli di campionamento e trasmissione e il metodo di verifica richiesto. Questi dettagli definiscono la configurazione radar e il lavoro esterno alla fornitura del sensore. Invia la specifica della stazione di livello dell'acqua
