Como selecionar um transmissor de nível de radar de 26 GHz? Princípio de Trabalho, Antena, Medição e Parâmetros de Aquisição

1. O que é um transmissor de nível de radar de 26 GHz?

Um transmissor de nível de radar de 26 GHz geralmente se refere a um instrumento de nível de radar industrial operando na banda K com uma frequência de aproximadamente 26 GHz.

Pode ser utilizado para:

• Tanques de armazenamento de líquidos;

• Navios de processamento químico;

• Tanques de petróleo;

• Tanques de água;

• Silos de cimento;

• Silos de pó mineral;

• Silos de grãos;

• Bunkers de carvão;

• Silos de cinzas volantes;

• Silos de material granular.

26 GHz foi uma das principais bandas de frequência para medição de nível de radar industrial por muitos anos. Hoje, o mercado inclui produtos de radar operando em diferentes bandas de frequência, como 6 GHz, 26 GHz e aproximadamente 80 GHz.

As frequências diferentes não devem ser entendidas simplesmente como “nova tecnologia deve substituir a velha tecnologia. “

A seleção de engenharia ainda deve ser baseada em:

Condições operacionais + estrutura de instalação + faixa de medição + média + antena.

2. Como funciona um transmissor de nível de radar de 26 GHz?

O radar transmite ondas eletromagnéticas para a superfície do meio medido.

Quando as ondas eletromagnéticas atingem a superfície, parte da energia é refletida e recebida pela antena.

O instrumento analisa a relação entre os sinais transmitidos e devolvidos para calcular a distância entre a antena e a superfície do material.

Para uma medição típica do tempo de voo, a relação pode ser expressa como:

D = c × t / 2

em que:

• D= distância;

• c= velocidade de propagação da onda eletromagnética;

• t= tempo de viagem de ida e volta.

O instrumento então converte a distância medida em um nível líquido ou de volume sólido de acordo com a distância de referência de tanque vazio configurada.

No entanto, há que salientar um ponto:

26 GHz descreve a banda de frequência operacional. Não representa um único método de processamento de sinais.

Diferentes produtos de radar de 26 GHz podem usar diferentes tecnologias de medição e processamento de sinais de radar. Portanto, todas as características de desempenho não devem ser julgadas apenas a partir do termo “26 GHz. “

Processo básico de medição de radar de 26 GHz

Passo 1 – Transmissão:A antena de radar transmite ondas eletromagnéticas para a superfície líquida ou maciça.

Passo 2 – Propagação:As ondas eletromagnéticas percorrem o espaço de medição em direção à superfície alvo.

Etapa 3 – Reflexão:Parte da energia do micro-ondas é refletida a partir da superfície do meio medido.

Passo 4 – Recepção:A antena do radar recebe o sinal de eco refletido.

Etapa 5 – Cálculo do nível:A eletrônica calcula a distância e a converte no nível correspondente de líquido ou material de acordo com a geometria configurada do tanque.

3. Por que o radar de 26 GHz tem sido amplamente utilizado para medição de nível industrial?

O radar de 26 GHz tem sido amplamente utilizado em aplicações industriais há muitos anos, principalmente porque oferece:

• Medição sem contacto;

• Adequação para líquidos e sólidos a granel;

• Faixas de medição relativamente longas;

• Múltiplas configurações de antena;

• Capacidade para manusear embarcações industriais relativamente complexas;

• versões à prova de explosão, de alta temperatura e de alta pressão;

• Madura 4–20 mA/HART e outras interfaces industriais.

Por exemplo, informações disponíveis publicamente para o Enderess+Hauser FMR51 mostram que este radar líquido de banda K de aproximadamente 26 GHz pode ser usado em aplicações de alta temperatura e alta pressão e está disponível com antenas de buzina. O FMR57 é projetado para pós e materiais granulares em massa.

Portanto, o radar de 26 GHz não se limita à medição de líquidos.

4. Até onde pode medir um radar de 26 GHz?

Não há uma única resposta para a pergunta: “Quantos metros um radar de 26 GHz pode medir? “

A gama máxima de medição depende:

• Desenho do transmissor e do receptor;

• Ganho da antena;

• Reflexividade do meio medido;

• Ângulo de superfície do material;

• Condições de poeira;

• Acumulação de material na antena;

• Posição da instalação;

• Algoritmos de processamento de sinais.

Os produtos industriais de radar de 26 GHz no mercado incluem modelos com faixas de medição de cerca de 20 m, bem como versões classificadas por aproximadamente 40 m ou 70 m.

Por exemplo, algumas especificações disponíveis publicamente para produtos de radar a granel de 26 GHz indicam distâncias máximas de medição de até aproximadamente 70 m. No entanto, o desempenho real da aplicação ainda pode ser afetado por baixas constantes dielétricas, superfícies de material solto, ângulo de repouso e acúmulo de material.

Por conseguinte, os contratos públicos não devem centrar-se apenas na questão:

“É um radar de 70 metros? “

A questão de engenharia mais significativa é:

“Este radar pode medir de forma confiável 70 metros sob minhas condições reais de meio e instalação? “

5. Qual é o ângulo de feixe de um radar de 26 GHz?

O ângulo do feixe está fortemente relacionado à abertura da antena.

Por exemplo, com algumas antenas de chifre de 26 GHz:

• As antenas de abertura pequena podem ter ângulos de feixe superiores a 20°;

• As antenas maiores podem reduzir o ângulo do feixe para aproximadamente 8°–10°;

• Grandes antenas parabólicas podem reduzir ainda mais o ângulo do feixe.

De acordo com informações disponíveis publicamente Enderess+Hauser, alguns produtos de radar de 26 GHz com uma antena de chifre de 100 mm têm um ângulo de feixe típico de aproximadamente 8°. Grandes antenas parabólicas utilizadas para medição em massa podem atingir ângulos de feixe de aproximadamente 3. 5°–4°.

Portanto, o tamanho da antena é particularmente importante quando se aplica radar de 26 GHz a silos altos.

6. Como a antena deve ser selecionada para um transmissor de nível de radar de 26 GHz?

Tanques de armazenamento convencional de líquidos

As antenas de buzina ou outras estruturas convencionais de antenas de espaço livre podem ser consideradas primeiro.

Silos Altos

As principais opções para avaliar incluem:

• antenas de buzina de grande abertura;

• antenas parabólicas;

• Estruturas de antena de feixe estreito.

Mídia corrosiva

Prestar especial atenção à compatibilidade de:

• PTFE;

• PEEK;

• 316 L;

• Materiais de liga;

• Materiais de vedação;

• Outros materiais molhados ou expostos.

Silos de Alta Duste

Além do ângulo do feixe, considere:

• Acumulação de poeira na antena;

• Se está disponível uma ligação de purga de ar;

• Ângulo de instalação;

• Concentração de pó.

7. Como a constante dielétrica afeta o radar de 26 GHz?

A medição do radar depende da reflexão de ondas eletromagnéticas a partir da superfície do meio medido.

Em geral, quanto mais forte a refletividade do radar do meio, mais fácil é para o instrumento identificar o eco de retorno.

No que se refere aos meios de comunicação de baixa densidade eléctrica, deve ser dada maior atenção:

• Distância de medição;

• Ganho da antena;

• Geometria de superfície do material;

• Ângulo de instalação;

• Capacidade de processamento de sinais.

Para materiais sólidos a granel, o grau de compactação também deve ser considerado.

O mesmo material pode fornecer diferentes condições de eco quando é:

• Altamente compactado;

• De transmissão pneumática;

• Cercados de pó pesado;

• Muito solto ou aerado.

8. O radar de 26 GHz é afetado pelo pó?

Em comparação com a tecnologia ultrassônica, o radar usa ondas eletromagnéticas e não depende da velocidade de propagação do som através do ar. Fornece, portanto, vantagens de engenharia significativas em muitas aplicações empoeiradas.

26 GHz radar industrial tem sido amplamente utilizado para:

• Cimento;

• Farinha crua;

• Alimentos para animais;

• Carvão;

• Partículas minerais.

Informações técnicas para produtos de radar industrial relevantes também identifica silos de alta poeira como aplicações típicas de radar de 26 GHz.

No entanto, a afirmação “o radar pode medir através da poeira” não significa que uma quantidade ilimitada de poeira nunca possa afetar a medição.

Se condições graves de poeira também resultarem em acúmulo de antenas pesadas, pode ainda ser necessário purgar o ar e manutenção regular.

9. Pode medir o radar de 26 GHz sob condições de alta temperatura e alta pressão?

Sim, mas deve ser seleccionado um modelo especificamente concebido para as classificações de temperatura e pressão exigidas.

O princípio de medição do radar em si não torna automaticamente o instrumento completo adequado para aplicações de alta temperatura ou alta pressão.

Os limites reais de temperatura e pressão são determinados por componentes como:

• Estrutura da antena;

• Selos de processo;

• Flanges;

• Estrutura de isolamento térmico;

• O-rings;

• Desenho de isolamento de unidade electrónica.

Produtos de radar de 26 GHz projetados para serviços de alta temperatura e alta pressão estão disponíveis no mercado. Alguns modelos industriais publicam avaliações de temperatura de processo atingindo várias centenas de graus Celsius e classificações de pressão adequadas para o serviço de alta pressão.

No entanto, estes valores são capacidades de modelos específicos e não devem ser aplicados a todos os instrumentos de radar de 26 GHz.

10. Que parâmetros devem ser fornecidos ao adquirir um transmissor de nível de radar de 26 GHz?

Ao solicitar uma cotação, recomenda-se fornecer as seguintes informações de uma só vez:

Esses parâmetros fornecem muito mais valor de engenharia do que simplesmente perguntar: “Quanto custa um radar de 26 GHz? “

11. Como o radar de 26 GHz e 80 GHz deve ser entendido?

O radar de 80 GHz tem um comprimento de onda mais curto e geralmente pode produzir um feixe mais estreito com uma antena menor.

Isso proporciona vantagens em aplicações como:

• tanques de armazenamento estreitos;

• Pequenas ligações de processo;

• Tanques com estruturas internas complexas.

No entanto, isso não significa que cada aplicação de 26 GHz deva ser atualizada para 80 GHz.

Instalações já existentes de 26 GHz, conexões de processo maiores, estruturas de alta temperatura e alta pressão, ou certas aplicações sólidas em massa, podem ainda ser adequadas para o radar de 26 GHz, dependendo das condições reais de operação.

A frequência é apenas um parâmetro no processo de seleção global.

FAQ

Q1: “Transmissor de nível de radar de 26 GHz” significa que o radar opera a 26 GHz?

A:Normalmente sim. Em aplicações industriais, geralmente se refere a um radar de banda K operando em aproximadamente 26 GHz.

Q2: Um radar de 26 GHz pode medir sólidos a granel?

A:Sim. O radar de 26 GHz tem sido usado há muito tempo para materiais em pó e granulares, como cimento, pó mineral, carvão e grãos.

Q3: Qual é a faixa máxima de medição de um radar de 26 GHz?

A:Não há valor universal. Produtos industriais estão disponíveis em diferentes classes de medição, e alguns modelos sólidos podem atingir aproximadamente 70 m. O alcance real utilizável ainda depende das condições de operação.

Q4: Qual é melhor, radar de 26 GHz ou radar de 80 GHz?

A:A seleção deve ser baseada na estrutura do tanque, tamanho da conexão do processo, média, faixa de medição, temperatura e condições de pressão. A frequência por si só não determina qual opção é melhor.

Q5: Um radar de 26 GHz pode medir o óleo?

A:Sim. No entanto, as propriedades dielétricas do óleo, condições de vapor, temperatura, pressão e exigências à prova de explosão devem ser confirmadas.

Q6: Um radar de 26 GHz tem uma zona cega?

A:A limitação da medição de campo próximo depende do modelo específico e da estrutura da antena. A folha de dados selecionada do produto deve ser verificada em vez de assumir um valor fixo universal como 8 cm ou 40 cm.

Q7: Um radar de 26 GHz requer manutenção?

A:O radar não tem peças móveis que precisem entrar em contato diretamente com o meio medido, mas a antena ainda deve ser verificada para acumulação de poeira, condensação, condição de vedação e condição de fiação.

Q8: Que informações METRAVON usa para a seleção de radares?

A:METRAVON recomenda fornecer parâmetros completos do tanque e fotos de campo. A medição da distância, das características médias e das condições de instalação deve ser avaliada em conjunto para determinar a frequência, a antena e a ligação adequada ao processo.

Conclusão

Um transmissor de nível de radar de 26 GHz é um instrumento de medição industrial sem contato maduro.

Para a aquisição de projetos, os parâmetros que realmente precisam ser avaliados incluem:

Alcance de medição, antena, ângulo de feixe, refletividade média, temperatura, pressão, poeira, estrutura de instalação e requisitos à prova de explosão.

Especificações individuais como “26 GHz”, “70 m” ou “alta precisão” não devem ser comparadas independentemente das condições reais de operação.

Para tanques de armazenamento químico, sistemas de tratamento de água, aplicações de produtos petrolíferos e grandes silos sólidos, a METRAVON recomenda confirmar as condições básicas de processo e instalação antes da cotação e determinar se o radar de 26 GHz, o radar de 80 GHz e a estrutura da antena correspondente fornecem a solução mais adequada.

Recursos conexos

medidores de nível por radar · Medição do nível

Autor: Arvin · Fonte: Instrumentos METRAVON