O que faz uma antena transmissora de nível de radar? Tipos de antena, ângulo de feixe e guia de seleção

1. O que faz realmente uma antena transmissora de nível de radar?

A antena é um dos componentes mais críticos de um transmissor de nível de radar.

Desempenha principalmente duas funções:

Primeiro,transmite ondas eletromagnéticas em direção à superfície do meio medido.

Segundo,recebe os ecos de radar refletidos da superfície do meio medido.

A unidade eletrônica do instrumento calcula então a distância entre a antena e a superfície média com base na relação entre o sinal transmitido e o sinal retornado.

Portanto, a antena não é simplesmente um acessório externo ou componente de carcaça.

A estrutura da antena afeta diretamente:

• Ângulo de feixe;

• Ganho de sinal;

• Resistência ao eco;

• Resistência à interferência;

• Dimensões da instalação;

• Resistência à temperatura;

• Resistência à corrosão;

• Resistência à condensação e acúmulo de material.

2. Por que geralmente uma antena maior produz um feixe mais estreito?

Para instrumentos de radar operando dentro da mesma faixa de frequência, uma abertura de antena eficaz maior geralmente produz um feixe mais estreito e maior diretividade.

Tomando um produto de radar de 26 GHz da Enderess+Hauser como exemplo:

Uma antena de 40 mm corresponde a um ângulo de feixe de aproximadamente 23°, enquanto uma antena de 100 mm pode reduzir o ângulo do feixe para aproximadamente 8°. A uma distância de medição de 20 m, a diferença no diâmetro de cobertura do feixe entre os dois tamanhos de antena é significativa.

Os dados técnicos da Siemens para o radar industrial de 25 GHz mostram uma relação semelhante. Dependendo do tamanho do chifre, os ângulos típicos do feixe são de aproximadamente 19°, 15°, 10° e 8°, e o fabricante recomenda o uso de uma antena maior onde as condições de instalação permitem.

Isto significa que em tanques altos e estreitos:

Quanto mais estreita a viga, mais fácil é evitar paredes de tanque e estruturas internas.

3. Qual é o ângulo de feixe de um transmissor de nível de radar?

O ângulo do feixe não significa que não haja absolutamente nenhuma energia de radar fora do ângulo especificado.

Instrumentos de radar industrial normalmente definem ângulo de feixe de acordo com um limite de redução de energia especificado dentro do feixe principal, como a largura de feixe de 3 dB.

Mesmo fora do ângulo nominal do feixe, alguma energia do radar ainda pode estar presente.

Portanto, um objeto refletor muito forte localizado perto da borda do feixe principal ainda pode gerar um falso eco.

É por isso que a instalação de radar não deve ser avaliada apenas com base em uma única linha central.

Deve considerar-se toda a área de cobertura do feixe.

4. Que tipos de antenas de radar são comumente usadas?

4. 1 Antena de buzina

As antenas de buzina são uma das estruturas mais comuns utilizadas em transmissores tradicionais de radares industriais.

Características típicas incluem:

• Boa directividade;

• Tecnologia de aplicação industrial madura;

• Disponibilidade em diferentes tamanhos de abertura;

• Adequação para a maioria dos tanques de armazenamento;

• Adequação para líquidos e algumas aplicações de nível sólido.

Na mesma frequência de operação, uma abertura maior do chifre geralmente fornece melhor capacidade de focagem.

Aplicações típicas incluem:

• Tanques de armazenagem química;

• Tanques de água;

• Tanques de petróleo;

• Navios de transformação;

• Silos a granel gerais.

4. 2 Antena parabólica

As principais vantagens de uma antena parabólica são alto ganho e forte capacidade de focagem.

Nos transmissores tradicionais de nível de radar de 26 GHz para sólidos a granel, grandes antenas parabólicas podem produzir feixes muito estreitos. Por conseguinte, são particularmente adequados para:

• Silos altos;

• Silos estreitos;

• Embarcações com muitas estruturas internas;

• Sólidos de baixa refletividade;

• Aplicações de alta poeira.

De acordo com os dados técnicos do Enderess+Hauser para um radar de 26 GHz em massa, as antenas parabólicas DN200 e DN250 podem fornecer ângulos de feixe típicos de aproximadamente 4° e 3. 5 %, respectivamente.

4. 3 Rod Antenna

As antenas de haste têm uma estrutura relativamente compacta e são adequadas para conexões de processo menores.

Diferentes produtos podem usar PTFE, PEEK ou outros materiais resistentes à corrosão.

São comumente utilizados para:

• Pequenas ligações de processo;

• Meios corrosivos;

• Tanques de armazenamento com espaço de instalação limitado.

No entanto, a resistência à temperatura real, a resistência à pressão e a compatibilidade química devem ser avaliadas de acordo com o material específico da antena.

Não deve ser assumido que todas as antenas de haste são adequadas para cada meio corrosivo.

4. 4 Antena Planar

Algumas antenas planares são projetadas especificamente para aplicações de tubulação.

Por exemplo, certos produtos de radar usam uma antena planar especialmente projetada, juntamente com um tubo de metal para melhorar a propagação do sinal e a estabilidade da medição de eco dentro do tubo.

Os requisitos de instalação para este tipo de estrutura não são completamente idênticos aos do radar de espaço livre convencional.

4. 5 Lentes ou antena integrada

Com a adoção crescente de radar de alta frequência, particularmente radar de 80 GHz, antenas de lentes compactas e estruturas de antena integradas tornaram-se cada vez mais comuns.

As frequências mais elevadas permitem obter feixes mais estreitos com dimensões de antenas mais pequenas, tornando estas antenas particularmente adequadas para:

• Pequenos navios;

• Pequenas ligações de processo;

• Tanques com estruturas internas complexas;

• Instalações perto da parede do tanque.

5. Por que a seleção de antenas é especialmente importante para a medição de nível em massa?

Os sólidos em massa comportam-se de forma diferente dos líquidos.

Uma superfície líquida é geralmente relativamente plana, enquanto sólidos a granel podem formar:

• Ângulos de repouso;

• picos materiais;

• Depressões materiais;

• Superfícies irregulares.

Por exemplo, quando o material é preenchido do topo, ele pode formar uma pilha cônica.

Quando o material é descarregado do fundo, uma depressão em forma de funil pode se formar.

Nessas situações, ondas de radar que atingem diferentes áreas da superfície do material podem produzir diferentes reflexões.

Por conseguinte, as aplicações de silo a granel requerem uma consideração não só da distância de medição, mas também de:

• Se o feixe de radar for dirigido;

• A direcção da superfície do material inclinado;

• Se o eco refletido pode retornar à antena.

Para silos altos, um feixe mais estreito geralmente torna mais fácil evitar as paredes do silo e concentrar a medição na área alvo.

6. Deve a antena estender - se além do bico de montagem?

Para alguns produtos tradicionais de radar chifre-antena, os fabricantes exigem que o chifre da antena se estenda além do bico de montagem ou exija que o bico permaneça dentro das dimensões especificadas. Caso contrário, o próprio bocal de montagem pode gerar fortes ecos falsos.

No entanto, esta exigência não pode ser generalizada a todos os instrumentos de radar.

Diferentes tipos de radar, incluindo:

• radar de 26 GHz;

• radar de 80 GHz;

• Antenas de lentes;

• Antenas de haste;

pode ter diferentes comprimentos de agulheta de montagem permitidos.

Por conseguinte, durante a contratação de projetos, devem ser fornecidos ao fornecedor os seguintes parâmetros:

Diâmetro de conexão do processo + altura do bico de montagem.

7. As gotas de água na medição da antena de radar afetarão?

O efeito depende da gravidade da condensação.

O radar em si não é particularmente sensível a mudanças na umidade ambiente. Contudo, se uma grande quantidade de condensação cobrir directamente a superfície da antena, pode:

• Atenuar o sinal do radar;

• Alterar as características de radiação da antena;

• Gerar ecos adicionais perto do campo.

O acúmulo pesado de mídia altamente viscosa pode criar problemas similares.

Portanto, quando se espera condensação grave, cristalização ou acúmulo de material, os seguintes fatores devem ser considerados durante a seleção do modelo:

• Estrutura da superfície da antena;

• Materiais de antena;

• Se pode ser utilizado um sistema de purga de ar;

• Ângulo de instalação;

• Se é necessária uma estrutura de isolamento.

8. Como deve ser selecionada uma antena de radar?

No mínimo, devem ser fornecidas as seguintes informações relativas às condições de funcionamento:

FAQ

Q1: Uma antena transmissora de maior nível de radar é sempre melhor?

A:Dentro da mesma faixa de frequência, uma antena maior pode geralmente fornecer um feixe mais estreito e maior ganho. No entanto, espaço de instalação, dimensões de conexão de processo e condições operacionais também devem ser considerados.

Q2: Qual é melhor, uma antena de buzina ou uma antena parabólica?

A:Nem é universalmente melhor. As antenas parabólicas são comumente usadas para tanques de armazenamento convencionais, enquanto as antenas parabólicas podem ser mais adequadas para silos grandes ou altos e aplicações que exigem um feixe mais estreito.

Q3: Por que os transmissores de radar de 26 GHz geralmente usam antenas relativamente grandes?

A:Sob condições semelhantes, aumentar a abertura efetiva da antena pode reduzir ainda mais o ângulo do feixe e melhorar a capacidade de focagem.

Q4: Uma antena de radar pode entrar em contato com o líquido?

A:Um radar sem contacto no espaço livre não necessita normalmente de contactar o meio medido durante a operação. A submersão contínua da antena não é considerada uma condição operacional normal para a maioria dos instrumentos de radar convencionais sem contato. A documentação específica do modelo deve ser verificada.

P5: A poeira na antena do radar causará medições imprecisas?

A:Uma camada leve de poeira pode não afetar imediatamente a medição, mas o acúmulo grave de poeira pode enfraquecer o eco eficaz. As aplicações que envolvam poeiras pesadas devem, portanto, considerar a purga do ar e a inspecção periódica.

Q6: Que tipo de antena é adequado para uma pequena conexão de processo?

A:Antenas compactas de haste, antenas de lente, ou projetos de radar de alta frequência podem muitas vezes ser considerados. A seleção final ainda deve ser baseada nas dimensões do bico, na faixa de medição e nas condições reais de operação.

Q7: Um ângulo de feixe menor é sempre melhor?

A:Os feixes estreitos proporcionam vantagens claras em embarcações complexas e confinadas, mas a seleção de radares também deve considerar a refletividade média, a faixa de medição e a estrutura de instalação.

Q8: Que informações METRAVON precisa para confirmar a antena de radar correta?

A:É melhor fornecer desenhos de tanque ou fotos de instalação de campo, juntamente com o tamanho da conexão de processo, escala de medição, estruturas internas e parâmetros médios, em vez de fornecer apenas a altura do tanque.

Conclusão

A antena de um transmissor de nível de radar determina muito mais do que a aparência externa do instrumento. Afeta diretamente a directividade da onda de radar, a relação sinal-ruído, e a capacidade do instrumento de identificar o alvo correto em tanques complexos.

A lógica de seleção de antenas é diferente para tanques de armazenamento de líquidos comuns, meios corrosivos, silos de alta poeira e vasos estreitos.

Ao selecionar um transmissor de nível de radar, METRAVON recomenda avaliar a frequência operacional, tipo de antena, ângulo de feixe e estrutura de instalação como um sistema integrado, em vez de comparar apenas a faixa máxima de medição e precisão nominal.

Recursos conexos

medidores de nível por radar · Medição do nível

Autor: Arvin · Fonte: Instrumentos METRAVON