Ângulo do feixe do radar de nível: cálculo e regras de instalação | METRAVON

Ângulo do feixe do sensor de nível por radar: o que é e como dimensioná-lo para seu tanque

O ângulo do feixe de um sensor de nível por radar descreve o diagrama da antena segundo a convenção indicada na ficha técnica, normalmente o ângulo total no contorno de meia potência (-3 dB). Um feixe focalizado pode ajudar a evitar paredes e componentes internos, mas a frequência, isoladamente, não define o ângulo nem comprova a adequação de uma posição de montagem.

Entendendo o ângulo de feixe citado

O ângulo de feixe é citado como ângulo completo na maioria das folhas de dados, não como meio ângulo. Na borda desse cone, a potência está 3 dB abaixo do centro: 50 %. Isso não é "sem sinal", então um refletor forte logo fora do cone nominal ainda pode ser detectado. As regras práticas de instalação, portanto, adicionam margem.

Como o feixe se alarga com a distância, a pegada cresce linearmente:

Diâmetro da mancha (m) ≈ 2 × Distância (m) × tan(θ / 2)

Onde θ é o ângulo de feixe completo. Uma aproximação útil para ângulos pequenos: mancha ≈ distância × ângulo em radianos, por isso um feixe de 4° dá cerca de 70 mm de mancha por metro de alcance.

Tamanho da mancha em distâncias reais

A 10 m, o diâmetro geométrico de um feixe de 8° é de cerca de 1,4 m. Permita folga adicional para a posição de montagem, as características da antena e possíveis refletores fortes fora do cone nominal.

Aplicando a projeção do feixe à disposição do vaso

Tanques estreitos

A 8 m de distância, um feixe de 10° tem uma pegada geométrica de cerca de 1,40 m, enquanto um de 4° é de cerca de 0,56 m. Em um tanque de 1 m de diâmetro, o cone mais estreito dá mais folga, mas a qualidade da instalação ainda depende do deslocamento, do material da parede, dos internos e das características da antena.

Tubos verticais e bocais longos

Um bocal longo pode introduzir reflexões de campo próximo e múltiplas. A geometria de feixe de campo distante sozinha não estabelece um comprimento de bocal admissível: use os requisitos específicos de antena de diâmetro, comprimento, protrusão e acabamento superficial do manual de instalação.

Tanques com internos

Agitadores, serpentinas de aquecimento, defletores e escadas ficam em algum lugar do cone. Feixes estreitos não os eliminam, mas reduzem quantos deles o radar pode ver e reduzem a energia que devolvem.

Espuma e produtos de baixa constante dielétrica

Um feixe estreito pode melhorar a separação da superfície dos ecos interferentes do tanque. O desempenho com espuma e líquidos de baixa refletividade também depende da faixa dinâmica, do projeto da antena e do meio; 80 GHz não penetra espuma universalmente melhor que 26 GHz.

Dimensões do bocal e folga de montagem

1. Selecione o diâmetro e o comprimento do bocal do desenho de instalação para a antena exata.
2. Evite comprimento de bocal e bordas internas desnecessários. O comprimento adicional do bocal não tem uma relação um-para-um universal com a distância de bloqueio.
3. No menor nível operacional, compare o raio do feixe com a distância até a parede e a estrutura interna mais próximas. Inclua a folga de montagem e a margem específicas do modelo; o cone nominal não é uma fronteira além da qual os refletores ficam invisíveis.
4. Mantenha o caminho de medição livre da corrente de entrada e da perturbação superficial resultante.
5. Evite montar diretamente sobre um eixo de agitador, mesmo que as pás estejam abaixo da faixa de medição.
6. Para vasos de plástico ou GRP (PRFV), avalie possíveis reflexões de estruturas externas ao tanque e siga as instruções de montagem da antena. Não acrescente um flange ou tubo metálico como suposta blindagem universal de radiofrequência.

O que um ângulo de feixe menor não corrige

• A atenuação da espuma depende da espessura, da fração líquida, da condutividade e da estrutura das bolhas. O foco do feixe não elimina esses efeitos.
• Condensação na antena. Um feixe estreito não pode evitar um filme na própria face.
• Constante dielétrica muito baixa em um tanque alto. A 30 m, até um feixe de 4° tem 2,1 m de largura e a energia de retorno de um produto com εr de 1,8 ainda pode ficar abaixo do limiar.

Escolhendo entre 26 GHz e 80 GHz apenas pelo ângulo do feixe

Exemplo de dimensionamento: bocal de 100 mm em tanque de 1,2 m

Um tanque de 1,2 m de diâmetro, 8 m de altura, com um bocal de 100 mm de diâmetro e 400 mm de comprimento. Qual ângulo de feixe é aceitável?

• Folga no fundo. Para um eixo vertical centralizado em um tanque de 1,2 m de diâmetro, a 8 m de distância, o ângulo total limite geométrico é 2 × arctan(0,6/8), aproximadamente 8,6 graus, antes de qualquer margem de instalação. Um eixo deslocado tem menor folga até a parede mais próxima. Um feixe de 4 graus oferece mais folga geométrica neste exemplo simplificado.
• Verificação do bocal. O cálculo simples do cone dá cerca de 28 mm a 0,4 m para um feixe de 4°, mas isso não prova que o bocal é aceitável: o campo próximo da antena e o desenho de montagem especificado governam.
• A alternativa. A 8 m, um feixe de 10° tem cerca de 1,40 m de largura, excedendo o diâmetro de 1,2 m do vaso. Isso aumenta o risco de interações com a parede em nível baixo; não garante leitura falsa em toda instalação.

Uma antena de 4° fornece mais folga geométrica neste exemplo. Confirme a compatibilidade do bocal e a qualidade do sinal na faixa de nível exigida antes de selecionar o instrumento.

Verificando a folga em uma instalação existente

1. Meça o diâmetro do tanque e a distância da flange até o nível mais baixo que você deve medir.
2. Calcule a pegada nessa distância a partir do ângulo de feixe da folha de dados.
3. Aplique a folga de instalação exigida para o radar real, o deslocamento de montagem, a parede e as estruturas internas, em vez de uma dedução universal de 100 mm.
4. Se a pegada exceder a folga disponível, verifique as curvas de nível baixo quanto a reflexões de parede ou de múltiplos caminhos.
5. As mudanças possíveis incluem uma antena mais estreita ou uma disposição de tranquilização compatível. Elevar o nível mais baixo medido só é aceitável se ainda atender ao requisito de processo.

Perguntas frequentes

O ângulo do feixe é medido a −3 dB ou −6 dB?

Use a convenção da antena indicada na ficha técnica. Para o mesmo diagrama, o contorno de -6 dB normalmente é mais largo que o de -3 dB; portanto, ângulos com definições diferentes não são diretamente intercambiáveis. Nenhum dos contornos é uma fronteira rígida além da qual um refletor metálico fica invisível.

Posso calcular a pegada a partir do diâmetro da antena?

O tamanho da abertura e o comprimento de onda influenciam o feixe, mas o projeto e a distribuição de iluminação da antena também importam. Uma estimativa pelo diâmetro não aprova a montagem. Use o ângulo total especificado e o desenho da antena encomendada; verifique separadamente os limites de campo próximo do bocal e a projeção em campo distante.

Um feixe mais estreito significa maior alcance?

Não por si só. Compare o alcance de medição declarado para o meio, a intensidade do retorno, a antena, o receptor e a instalação. Um feixe focalizado pode reduzir ecos interferentes, mas não garante um eco de superfície utilizável através de espuma, depósitos ou um espaço de vapor difícil. Alcance e folga exigida são verificações distintas.

O que acontece se o feixe atingir a parede do tanque?

Uma parede ou estrutura interna pode produzir ecos fixos ou de múltiplos caminhos que interfiram no rastreamento, sobretudo quando o retorno da superfície é fraco. Compare os traçados nos níveis afetados com a geometria do vaso. A sobreposição indica um risco a avaliar; não comprova que toda instalação apresentará leitura incorreta.

Um poço de tranquilização substitui um feixe estreito?

Um tubo ou câmara compatível pode melhorar a trajetória de medição, mas suas dimensões, aberturas, risco de acúmulo e resposta hidráulica devem ser adequados ao instrumento e ao processo. Verifique qualquer configuração de tubo ou compensação exigida. Não instale um poço de tranquilização genérico apenas para evitar verificar a configuração da antena e do bocal.

Uma revisão de montagem precisa do diâmetro e da altura do vaso, do diâmetro e comprimento do bocal, dos níveis operacionais e das localizações dos internos.Obter uma revisão de montagem

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