Fundamentos Radar

Sensor de nivel radar

El radar de nivel es un método de medición sin contacto del nivel en tanques de proceso, depósitos de almacenamiento y silos abiertos o cerrados de la industria de procesos. El dispositivo de medición envía señales de microondas desde arriba al medio, que las refleja. A partir de las señales de eco recibidas por el dispositivo de medición, se determina la distancia a la superficie del producto y, si se conoce la geometría del depósito, se puede calcular el nivel a partir de ella. Con este método de medición se pueden medir sólidos a granel en polvo o grumosos, líquidos y capas separadoras en líquidos (por ejemplo, el espesor de una capa de espuma sobre el líquido). Los tiempos de tránsito medidos pueden calibrarse en función del material a medir, de forma que las superficies irregulares de los materiales goteantes no influyan en la medición. Esta calibración también tiene en cuenta las diferentes velocidades de propagación de las ondas electromagnéticas en los respectivos medios.

Las ventajas de este método de medición son

• una precisión extrema hasta el rango milimétrico
• independencia de las condiciones de temperatura y presión
• funcionamiento fiable incluso en entornos muy polvorientos (por ejemplo, en un silo de cemento o harina)
• aplicación incluso en materiales agresivos o abrasivos
• así como un funcionamiento totalmente sencillo.

Los métodos de radar de onda continua con modulación de frecuencia se utilizan sobre todo en los distintos rangos de frecuencia (6, 10, 24 y 76 GHz). Sin embargo, también se sigue utilizando el radar de impulsos, aunque sólo con baja resolución debido a la duración extremadamente corta de los impulsos que, de otro modo, sería necesaria. También en este caso, cuanto más alta es la frecuencia portadora, más pequeñas y eficaces pueden ser las antenas. Por ejemplo, un radiador de bocina para 25 GHz tiene un ángulo de apertura de unos 10°. Un radiador de bocina para 76 GHz no sólo es mucho más pequeño, sino que tiene un ángulo de apertura de sólo unos 3°. Esta agudización de la dirección de radiación evita las reflexiones de la pared del contenedor.[1] Los sistemas suelen requerir aprobación de frecuencia.

Seguimiento multieco

El seguimiento multieco (Multi-Echo Tracking) es un procedimiento que suprime los ecos de interferencia procedentes de las instalaciones del recipiente (bocas de llenado, unidades de refrigeración o calefacción, agitadores).

Si el resultado de la medición se muestra como una señal analógica (como se muestra en la Fig. 1) en un A-scope, estos ecos adicionales de las instalaciones en el recipiente también se pueden detectar. La posición de estas instalaciones internas es conocida y podría enmascararse por software mediante un circuito de compuerta. Esto causa problemas si el nivel de llenado es exactamente la altura de uno de estos internos: entonces el nivel de llenado a menudo no se muestra.

El radar siempre recibe un eco del fondo del contenedor al mismo tiempo. Cuando el depósito está lleno, el fondo del depósito parece estar más lejos que cuando el depósito está vacío. Esto se debe a la menor velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas dentro del contenido. Por tanto, la distancia aparente del fondo del depósito también contiene el nivel de llenado como resultado de la medición.

A partir de ambos resultados de medición (eco de la superficie del producto y de la distancia aparente del fondo del depósito) se puede determinar ahora exactamente el nivel, incluso si la señal de eco deseada se superpone con los ecos de las instalaciones del depósito. Las reflexiones procedentes de instalaciones interferentes, así como las reflexiones múltiples, pueden desvanecerse con este método.

Radar de onda guiada

El radar de onda guiado es un método de medición que se asemeja más a la reflectometría en el dominio del tiempo que al radar clásico. En este caso, la energía de alta frecuencia no se emite en el espacio libre dentro del contenedor, sino que se guía a lo largo de una varilla metálica (que llega hasta el fondo del contenedor) como una guía de ondas en este contenedor. En este caso, esta guía de ondas asume aproximadamente la función del conductor interior de un cable coaxial. Si cambia la constante dieléctrica ε_r del entorno de esta guía de ondas (por ejemplo, de la superficie del material de relleno), cambia su impedancia. Este cambio de impedancia es entonces la causa de un desajuste en este punto y, por tanto, también la causa de una reflexión de parte de la energía de alta frecuencia conducida. La evaluación de estos resultados de medición se realiza del mismo modo que con un radar de nivel, por lo que algunos fabricantes simplifican este método de medición llamándolo „radar“.

Este método de medición es especialmente adecuado para recipientes cuya pared interior presenta muchas inhomogeneidades mecánicas, como serpentines de calefacción, entradas o incluso palas agitadoras. De lo contrario, también provocarían reflexiones de una onda electromagnética y, por tanto, superpondrían u oscurecerían el resultado de la medición.