Medição de nível por radar FMCW: princípios e seleção

I. O que é um medidor de nível por radar FMCW?

: Um medidor de nível por radar de onda contínua com modulação de frequência é comumente denominado como umMedidor de nível por radar FMCW.

O circuito interno gera um sinal de radar com variação contínua e o transmite através de uma antena em direção à superfície do meio medido. Quando o sinal chega à superfície do material, é refletido. O instrumento analisa a diferença de frequência entre o sinal transmitido e o eco recebido para calcular a distância entre o radar e a superfície do meio e, em seguida, converte essa distância em nível de líquido ou nível de material.

Alguns instrumentos de radar da FMCW utilizam uma frequência de operaçãode 24 GHz e uma largura de banda de varredura de aproximadamente 1 GHzpara varredura linear. A frequência de operação, a faixa de varredura e o desempenho de medição variam entre diferentes modelos; as especificações específicas devem ser baseadas na ficha técnica do produto correspondente.

Os medidores de nível por radar da FMCW podem ser utilizados para:

• Carvão;

• Cimento;

• Grãos;

• Alumina;

• Calcário;

• Matérias-primas químicas, etc.;

São utilizados em tanques de armazenamento, silos e vasos de processo em setores como cimento, produtos químicos, proteção ambiental, geração de energia e processamento de alimentos.

II. Qual é o princípio de funcionamento de um medidor de nível de líquido por radar pulsado?

O medidor de nível de líquido por radar a pulsos utiliza pulsos de micro-ondas para medição contínua do nível.

O processo básico de medição pode ser resumido da seguinte forma:

Transmissão de pulso de micro-ondas → Reflexão na superfície do meio → Receção do eco → Cálculo do tempo de propagação → Obtenção da distância → Conversão em nível

Os medidores de nível de líquidos por radar podem ser utilizados para a medição contínua de líquidos, suspensões e materiais granulares.

Com modelos adequados e condições operacionais adequadas, esses instrumentos também podem ser utilizados em ambientes industriais com variações significativas de temperatura ou pressão, ou onde estejam presentes gases inertes ou gases voláteis.

Como é utilizada a medição por micro-ondas sem contato, o instrumento geralmente não requer componentes de medição mecânicos para entrar em contato direto com a superfície do meio e pode ser instalado em diversos tipos de recipientes industriais.

III.O que determina o preço de um medidor de nível de líquido com radar de pulso?

Não há um preço uniforme para medidores de nível de líquido com radar de pulso.

O preço real é geralmente determinado pelos seguintes fatores:

• Intervalo de medição;

• Frequência de operação;

• Estrutura da antena;

• Conexão de processo;

• Requisitos de resistência térmica;

• Requisitos de resistência à pressão;

• Materiais resistentes à corrosão;

• Requisitos de proteção ou resistência a explosões;

• Saída de sinal;

• Modelo específico.

Portanto, produtos com o mesmo nome geral de "medidor de nível de líquido por radar" podem ter preços significativamente diferentes devido às diferenças na estrutura do produto e nas condições de aplicação.

Antes da compra, deve-se primeiro confirmar o meio e as condições do local; em seguida, deve ser fornecida uma cotação com base no modelo específico.

IV. Quais são as características dos medidores de nível de líquido por radar de onda guiada?

O radar de onda guiada difere do radar de espaço livre.

O sinal de radar viaja ao longo de uma haste guia ou de um cabo de aço. Quando o sinal atinge a superfície do meio, é refletido e retorna ao instrumento pelo mesmo trajeto original.

A estrutura de onda guiada permite que a energia de radar se propague de forma concentrada ao longo da sonda, oferecendo vantagens em certos tanques de pequeno porte e em aplicações envolvendo meios com baixas propriedades dielétricas.

As características comuns dos medidores de nível líquido por radar de ondas guiadas incluem:

• Estrutura compacta do instrumento;

• Requisitos relativamente reduzidos de espaço de instalação;

• Adequados para tanques de armazenamento de pequeno porte;

• Energia concentrada ao longo da sonda;

• Sinais de eco relativamente estáveis;

• Parâmetros podem ser configurados através de um módulo de exibição local;

• É adequado para diversos ambientes complexos de medição do nível de líquido.

Alguns instrumentos de radar com ondas guiadas utilizam uma fonte de alimentação de dois fios, permitindo que tanto a alimentação quanto a transmissão do sinal de processo sejam realizadas através de um único cabo de dois núcleos.

Deve-se observar que a zona cega específica, a precisão, a repetibilidade e a faixa de meio aplicável devem ser determinadas de acordo com as especificações técnicas do modelo correspondente.

V. Por que o radar de ondas guiadas é adequado para tanques de armazenamento de pequeno porte?

O radar de espaço livre requer que um feixe de radar seja gerado no interior do tanque.

Para tanques com diâmetros relativamente pequenos ou com diversas estruturas internas, as paredes do tanque e os componentes internos podem gerar reflexões adicionais.

O radar de onda guiada direciona o sinal através de uma haste de sondagem ou de um cabo de aço, o que pode reduzir a interação entre o feixe de radar no espaço livre e as estruturas circundantes.

Por conseguinte, o radar de onda guiada pode ser avaliado de acordo com as condições reais do local para:

• tanques de armazenamento de pequeno porte;

• espaços de instalação estreitos;

• determinadas condições operacionais com superfícies de líquido fluctuantes.

VI.Qual é a função da antena de medidor de nível líquido por radar?

A antena é um componente importante de um sistema de medição de nível por radar.

O sensor de radar transmite ondas eletromagnéticas para a superfície do meio através da antena; ao mesmo tempo, a antena é responsável pela recepção dos sinais de eco refletidos pela superfície do meio.

Pode ser entendido da seguinte forma:

A antena realiza tanto a transmissão quanto a recepção de sinais de radar.

A estrutura da antena afeta:

• Cobertura do feixe de radar;

• Capacidade de foco de sinal;

• Dimensões de instalação;

• Conexão de processo;

• Adaptabilidade ao acúmulo de poeira ou de materiais;

• Desempenho sob diferentes condições de meio.

Os tipos comuns de antenas de radar incluem:

• Tipo de haste;

• Tipo de corneta;

• Tipo de corneta integrada;

• Tipo parabólico;

• Tipo de matriz;

• Tipo higiênico;

• Tipo plano;

• Tipo com formato de queda.

Diferentes antenas são adequadas para diferentes condições do local e devem ser selecionadas de acordo com as condições do meio e do tanque.

VII.Qual é a diferença entre um medidor de nível ultrassônico e um medidor de nível por radar?

A diferença mais fundamental entre medidores de nível ultrassônicos e medidores de nível por radar reside no tipo de sinal de medição utilizado.

Os medidores de nível ultrassônicos utilizam ondas sonoras.

Os medidores de nível por radar utilizam ondas eletromagnéticas.

Para condições operacionais em que haja espuma na superfície do líquido,Não se pode simplesmente assumir que todos os instrumentos de radar consigam penetrar na espuma; a espessura da espuma, o teor de água e a estrutura podem influenciar o eco real.

Por conseguinte, a aplicabilidade específica deve ainda ser confirmada de acordo com o meio e o modelo do produto.

VIII. Qual é o princípio de medição de um medidor de nível de água por radar?

Alguns instrumentos de radar com ondas guiadas utilizam a refletometria no domínio temporal para medição.

: Os pulsos eletromagnéticos percorrem um cabo de aço ou uma haste de sonda. Quando atingem a superfície do meio medido, parte do sinal é refletida, formando um eco, que retorna ao instrumento pelo mesmo caminho de propagação original.

O instrumento calcula a distância entre o ponto de referência da sonda e a superfície do meio com base no tempo de propagação de ida e volta do pulso eletromagnético, e depois converte essa distância no nível real do líquido.

Este método de medição também pode ser utilizado para o monitoramento do nível de água ou de outros líquidos.

IX.Para quais indústrias são adequados os medidores de nível por radar inteligentes?

Os medidores de nível por radar inteligentes podem ser utilizados para medição contínua do nível de sólidos, materiais granulares e pó.

As indústrias típicas incluem:

• Carvão;

• Geração de energia;

• Petróleo;

• Produtos químicos;

• Metalurgia;

• Alimentos;

• Indústria geral.

As aplicações comuns incluem:

• Silos de carvão;

• Silos de cinzas;

• Silos para materiais granulares sólidos;

• Tanques de armazenamento de suspensão;

• Tanques de óleo;

• Tanques de armazenamento de ácidos e álcalis.

A medição de nível por radar é um método de medição sem contato que pode ser utilizado para diversos meios condutores e não condutores.

Para meios viscosos, de alta temperatura, com variação de pressão, poluídos ou corrosivos, deve-se selecionar uma antena, material e modelo de radar adequados de acordo com as condições operacionais reais.

X. Qual é o objetivo das normas relacionadas aos medidores de nível de líquido por radar?

As normas relacionadas aos medidores de nível de líquido por radar são utilizadas para regular o projeto, fabricação, testes e aplicação de instrumentos.

Para fabricantes, os padrões podem incluir:

• Novos requisitos técnicos;

• Nova terminologia;

• Métodos de teste;

• Requisitos de segurança;

• Requisitos de desempenho do produto.

Para projetos de engenharia, é mais importante confirmar quais normas são exigidas pelas especificações do projeto e se o produto específico cumpre os requisitos técnicos relacionados ao projeto.

Por conseguinte, as normas devem ser consideradas uma base importante para o design de produtos e para aplicações de engenharia, e não utilizadas simplesmente como conteúdo promocional.

– Quais condições devem ser confirmadas ao selecionar um medidor de nível de radar?;

Perguntas Frequentes (FAQ);

P1: Qual é a diferença entre o Radar FMCW e o Radar de Pulso?O radar FMCW

FMCW O radar calcula a distância mediante a variação contínua da frequência e a análise da diferença de frequência entre o sinal transmitido e o eco recebido; o radar de pulso calcula principalmente a distância analisando o tempo de propagação de ida e volta dos pulsos de radar. Ambas as tecnologias podem ser utilizadas para medição contínua de nível.

P2: Os medidores de nível com radar FMCW podem ser utilizados apenas com materiais sólidos?

Não.Dependendo do modelo, o radar FMCW pode ser utilizado tanto para medição de nível em materiais sólidos quanto para medição de nível de líquidos. A aplicação prática depende do projeto do produto e das condições operacionais no local.

P3: Por que o radar de onda guiada é adequado para meios com constante dielétrica baixa?

O radar de onda guiada concentra e direciona a energia eletromagnética ao longo de uma haste sonda ou cabo de aço, permitindo obter ecos relativamente estáveis em certos meios com propriedades dielétricas reduzidas.No entanto, o requisito dielétrico mínimo específico deve ainda ser confirmado na ficha técnica do produto.

Q4: É sempre melhor utilizar uma antena de medidor de nível líquido para radar de maior dimensão?

Não. A antena deve ser compatível com a frequência de operação, a faixa de medição, o espaço de instalação e o meio envolvente. Diferentes estruturas de antena servem a objetivos distintos, e o desempenho não pode ser determinado exclusivamente pelo tamanho da antena.

Q5: O medidor de nível por radar é sempre mais preciso do que um medidor de nível ultrassônico?

Esta afirmação não pode ser considerada uma conclusão absoluta. A precisão real depende do modelo específico, da distância de medição, da condição do meio e das condições de instalação. Em condições operacionais complexas — como presença de poeira intensa, vapor ou vácuo —, o medidor por radar geralmente apresenta uma gama de aplicação mais ampla.

Q6: Um medidor de nível por radar pode medir o nível real do líquido sob uma espuma?

Isso depende das propriedades da espuma. Diferentes tipos de espuma provocam níveis distintos de reflexão e atenuação das ondas de radar; portanto, não se deve assumir que o radar pode penetrar em todos os tipos de espuma.

– Conclusão;

– Os medidores de nível de radar FMCW medem a distância até à superfície de um meio através de varredura contínua de frequência e podem ser utilizados para o monitoramento do nível de carvão, cimento, grãos, alúmina, calcário, matérias-primas químicas e outros materiais.

: Embora o radar de pulso, o radar FMCW e o radar de ondas guiadas pertençam todas às tecnologias de medição de nível por radar, eles diferem no processo de propagação do sinal e nos métodos de processamento de sinal.

Na seleção prática, devem ser given especial atenção aos seguintes fatores:

Tipo de meio, distância de medição, propriedades dielétricas, temperatura, pressão, poeira, espuma, vapor, corrosividade, viscosidade e estrutura da antena.

: A seleção do princípio de operação do radar e da antena adequados conforme as condições operacionais específicas possui maior relevância prática do que a simples comparação da frequência, da faixa de medição ou do preço.