Radar FMCW vs. Sensores guiados de nível de radar de onda: Princípios, diferenças e guia de seleção

O radar de espaço livre FMCW e o radar de onda guiado são amplamente utilizados para medição contínua de nível industrial, mas seus métodos de propagação de sinal são fundamentalmente diferentes.O radar FMCW transmite ondas eletromagnéticas moduladas por frequência através do espaço livre sem contatar o meio de processo, enquanto o radar de ondas guiadas direciona pulsos de microondas ao longo de uma haste, cabo ou sonda coaxial.A seleção deve, portanto, basear-se em propriedades de mídia, constante dielétrica, geometria de vasos, espuma, acúmulo, faixa de medição e requisitos de medição de interface, em vez de apenas frequência.

1. Diferença principal entre radar FMCW e radar de onda guiado

Radar de espaço livre FMCW

Localização do sinal:Antena → Espaço livre → Superfície do produto → Eco refletido

Uma tecnologia de medição sem contacto. Modernos instrumentos 80GHz FMCW podem fornecer foco de feixe estreito para líquidos, pós, grânulos e vasos com estruturas internas complexas.

Radar de ondas guiadas (GWR)

Localização do sinal:Transmissor → Rod/cabo/sonda coaxial → Superfície do produto → Echo devolvido

Uma tecnologia de medição de contato normalmente baseada em reflectometria de domínio-tempo, adequada para nível de líquido, aplicações de sólidos selecionados e medição de interface líquido-líquido.

2. Como funciona a medição do nível de radar FMCW?

FMCW significaOnda contínua modulada por frequência. O instrumento transmite continuamente um sinal de radar cuja frequência muda com o tempo. O sinal refletido retorna à antena após um atraso de propagação. Como a frequência transmitida está mudando continuamente, existe uma diferença de frequência Δf entre o sinal transmitido atual e o sinal recebido atrasado. A eletrônica analisa essa diferença para determinar a distância à superfície do produto.

Importante:A FMCW é um princípio variável, não uma banda de frequência. Muitos modernos instrumentos de radar industrial usam aproximadamente 80GHz tecnologia FMCW, mas FMCW em si pode operar em diferentes frequências de radar.

3. Por que 80GHz FMCW Radar amplamente usado?

Raio estreito

Alta frequência combinada com uma antena adequada pode fornecer um feixe estreito que ajuda a evitar paredes de vasos, tubos, suportes e agitadores.

Conexões de processo compactas

Um bom foco pode ser alcançado com antenas relativamente compactas, o que é útil quando o espaço do tanque ou o tamanho do bico são limitados.

Medição de sólidos em massa

Adequado para cimento, pó mineral, grãos, pellets de plástico e outros sólidos a granel, onde o foco de feixe estreito reduz a interferência.

Desenho sem Contato

Nenhuma sonda está imersa no produto, que é útil para meios corrosivos, viscosos, cristalizantes ou de revestimento.

80GHz não significa que cada instrumento tenha um ângulo fixo de feixe de 3° ou uma precisão de ±1mm. Ângulo de feixe, precisão, alcance, temperatura do processo e classificações de pressão dependem do projeto específico da antena e do instrumento.

4. Como funciona o radar de onda guiado?

Radar de onda guiado, também chamadoRadar GWR ou TDR, lança pulsos de microondas de alta frequência em uma haste de metal, cabo ou sonda coaxial. O pulso viaja ao longo da sonda e é parcialmente refletido quando atinge um ponto onde a constante dielétrica muda.

O instrumento mede o tempo de viagem do pulso refletido e calcula a distância da conexão do processo à superfície do produto. Como a energia do micro-ondas é guiada ao longo da sonda, o caminho de medição está concentrado e pode ser menos sensível à geometria do vaso, turbulência e algumas condições de espuma.

5. Radar de Espaço Livre FMCW vs. Radar de Ondas Guiadas

6. Quando o radar de espaço livre FMCW deve ser avaliado primeiro?

Mídia Viscosa ou de Revestimento

O radar sem contato é atraente quando uma sonda não deve permanecer imersa em um meio que facilmente cobre ou cristaliza.

Sólidos em massa

Cimento, pó mineral, grãos, cinzas volantes, agregados e pellets são aplicações típicas de radar de espaço livre.

Interiores de navios complexos

Um feixe estreito de 80GHz é útil onde suportes, bobinas, tubos ou paredes de vasos nas proximidades devem ser evitados.

Produtos corrosivos

A construção sem contato reduz os componentes imersos, embora a compatibilidade antena e material de conexão de processo ainda devam ser verificadas.

7. Quando deve ser avaliado primeiro o radar de onda guiado?

Líquidos de baixa dielétrica

Para certos hidrocarbonetos, óleos e solventes orgânicos com reflexos fracos, pode-se considerar GWR de alta sensibilidade com a sonda correta.

Interface Líquida Líquida

Óleo/água e outros líquidos estratificados com contraste dielétrico suficiente são aplicações típicas de radar de ondas guiadas.

Câmaras estreitas e passagens

As sondas de haste e coaxial podem guiar a energia do micro-ondas através de um espaço de medição confinado.

Turbulência e algumas aplicações de espuma

A propagação guiada pode fornecer ecos estáveis em muitas aplicações turbulentas ou espumantes, embora as propriedades da espuma ainda devem ser consideradas.

8. FMCW ou radar de ondas guiado para espuma?

A espuma não deve ser classificada simplesmente como presente ou ausente. Seu efeito depende da espessura, densidade, conteúdo líquido e propriedades dielétricas.

O radar de ondas guiado pode muitas vezes continuar ao longo da sonda e identificar a superfície líquida sob espuma leve ou moderada. No entanto, espuma muito densa ou altamente dielétrica pode gerar seu próprio reflexo, fazendo com que o instrumento detecte a superfície da espuma ou outra interface.

O radar FMCW de espaço livre também deve ser avaliado de acordo com o meio específico e a estrutura de espuma. Não é tecnicamente correto assumir que 80GHz fornece automaticamente maior penetração através de toda a espuma.

9. Por que o radar de onda guiado é útil para medição de interface?

Quando um pulso de radar atinge a superfície do líquido superior, parte do sinal é refletida enquanto a energia restante continua na sonda. Se um segundo líquido com uma constante dielétrica suficientemente diferente estiver presente abaixo, outra reflexão pode ocorrer na interface líquido-líquido.

Ao identificar ambos os ecos, o transmissor pode determinar o nível total e a posição da interface. Óleo/água e sistemas orgânicos líquidos/água de baixa dielétrica são exemplos comuns.

Nota:Nem todo sistema de dois líquidos é adequado para medição de interface. A constante dielétrica da camada superior, o contraste dielétrico, a espessura da emulsão e o design da sonda afetam o desempenho.

10. Guia de Seleção Rápida

11. Informação necessária antes da seleção

Médio

Denominação do produto
Líquidos ou sólidos
Propriedades dielétricas
Viscosidade
Cristalização ou tendência de revestimento

Navio

Altura do tanque
Diâmetro
Tamanho do bico
Estruturas internas
Câmara de agitador ou de bypass

Condições do processo

Temperatura
Pressão
Vapor
Espuma
Poeira
Turbulência superficial

Requisitos de medição

Intervalo
Precisão
Medição da interface
4–20mA/HART ou RS485
Requisitos de zona perigosa

  FAQ

1. O radar FMCW é sempre 80GHz?

Não. A FMCW descreve um princípio de variação de onda contínua modulada por frequência, não uma banda de frequência. Aproximadamente 80GHz FMCW radar é amplamente utilizado na medição de nível industrial moderno, mas FMCW pode operar em diferentes frequências.

2. Qual é a diferença entre FMCW e radar de pulso?

O radar de pulso determina normalmente a distância do tempo de viagem de ida e volta dos pulsos de radar. A FMCW varre continuamente a frequência e determina distância da diferença de frequência entre os sinais transmitidos e recebidos. Ambos podem fornecer medição de nível industrial confiável.

3. Cada radar de ondas guiadas requer uma placa de lançamento de metal?

Não. Os requisitos de instalação dependem da sonda, conexão de processo e design do transmissor. Uma placa metálica de tamanho fixo não deve ser tratada como uma exigência universal de GWR.

4. O radar de ondas guiadas pode medir o nível de líquido sob espuma?

Em muitas aplicações de espuma leve a moderada pode, mas o desempenho depende das propriedades dielétricas e densidade da espuma. A espuma densa pode gerar seu próprio reflexo.

5. O radar 80GHz pode medir líquidos dielétricos baixos?

Pode ser avaliado, mas a baixa constante dielétrica normalmente produz uma reflexão superficial mais fraca. A gama de medição, o design da antena, as condições do produto e a sensibilidade do transmissor devem, portanto, ser considerados.

6. O radar de ondas guiadas é adequado para medição de interface óleo-água?

Sim. Água-óleo e outros líquidos estratificados com contraste dielétrico suficiente são aplicações comuns de interface GWR. Camadas grossas de emulsão podem dificultar a detecção de interface.

7. Qual radar é melhor para sólidos a granel?

Grande cimento, pó mineral, grãos, e silos semelhantes normalmente favorecem 80GHz radar de espaço livre. GWR pode ser usado em aplicações de sólidos selecionados, mas o carregamento, abrasão e acúmulo de sondas devem ser considerados.

8. Qual tecnologia é melhor para líquidos de alta viscosidade?

Se o produto é provável criar acúmulo pesado em uma sonda imersa, radar sem contato FMCW é normalmente avaliado primeiro. O radar de ondas guiado pode ainda ser apropriado quando a viscosidade é moderada e é necessária a medição da interface.

9. Que informações METRAVON precisa para selecionar FMCW ou radar de ondas guiadas?

Por favor, forneça o meio, faixa de medição, propriedades dielétricas, temperatura, pressão, espuma, acúmulo, estrutura do vaso, tamanho do bico, e se a medição da interface é necessária.

Conclusão

As principais forças do radar de espaço livre FMCW são medição sem contato, focagem estreita de feixes, longa faixa de medição e ampla adequação para sólidos e embarcações complexas. O radar de ondas guiadas fornece um caminho de microondas definido ao longo da sonda e oferece vantagens especiais para mídias de baixo dielétrico, geometrias confinadas e medição de interface líquido-líquido.

As duas tecnologias são complementares em vez de substituições directas. O radar FMCW 80GHz é frequentemente avaliado primeiro para meios viscosos ou de revestimento, longos intervalos e sólidos a granel, enquanto radar de ondas guiadas é particularmente útil para medição de interface, líquidos dielétricos selecionados, câmaras de bypass e aplicações geometricamente confinadas.

METRAVON recomenda a confirmação do meio de processo, alcance, propriedades dielétricas, temperatura, pressão, espuma, acúmulo, internos de vasos e conexão de processo disponível antes de selecionar a tecnologia de radar.