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Sensore di livello radar

Strato di schiuma
Livello del liquido

Figura 1: Misura di livello con radar

Strato di schiuma
Livello
del liquido

Figura 1: Misura di livello con radar

Sensore di livello radar

Il sensore di livello radar è un metodo di misurazione senza contatto per il livello in serbatoi di processo, serbatoi di stoccaggio e sili aperti o chiusi nell’industria di processo. Il dispositivo di misura invia segnali a microonde dall’alto al mezzo, che li riflette. Sulla base dei segnali di eco ricevuti dal dispositivo di misura, viene determinata la distanza dalla superficie del prodotto e, se la geometria del serbatoio è nota, è possibile calcolare il livello. Con questo metodo di misura, è possibile misurare solidi sfusi da polverosi a grumosi, liquidi e strati di separazione nei liquidi (ad esempio lo spessore di uno strato di schiuma sul liquido). I tempi di transito misurati possono essere calibrati in base al materiale da misurare, in modo che le superfici irregolari dei materiali in sospensione non influenzino la misurazione. Questa calibrazione tiene conto anche delle diverse velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nei rispettivi mezzi.

I vantaggi di questo metodo di misura sono/p>

I metodi radar a modulazione di frequenza a onda continua sono utilizzati principalmente nelle varie gamme di frequenza (6, 10, 24 e 76 GHz). Tuttavia, anche il radar a impulsi è ancora utilizzato, anche se solo con una bassa risoluzione a causa della durata estremamente breve degli impulsi che sarebbe altrimenti necessaria. Anche in questo caso, più alta è la frequenza portante, più piccole ed efficaci possono essere le antenne costruite. Ad esempio, un radiatore a tromba per 25 GHz ha un angolo di apertura di circa 10°. Un radiatore a tromba per 76 GHz non solo è molto più piccolo, ma ha un angolo di apertura di soli 3° circa. Questo affinamento della direzione di radiazione impedisce le riflessioni dalla parete del contenitore.[1] I sistemi richiedono solitamente un’approvazione in frequenza.[2]

Tracciamento a eco multipla

Il tracciamento multieco è una procedura che sopprime gli echi di interferenza provenienti da installazioni nel serbatoio (colli di riempimento, unità di raffreddamento o riscaldamento, agitatori).

Se il risultato della misura viene visualizzato come segnale analogico (come illustrato nella Fig. 1) su un A-scope, è possibile rilevare anche questi echi aggiuntivi provenienti dalle installazioni nel serbatoio. La posizione di questi elementi interni è nota e può essere mascherata dal software mediante un circuito gate. Ciò crea problemi se il livello di riempimento è esattamente all’altezza di uno di questi elementi interni: in tal caso il livello di riempimento spesso non viene visualizzato.

Tuttavia, il radar riceve sempre un’eco dal fondo del serbatoio. Quando il serbatoio è pieno, il fondo del serbatoio appare più lontano rispetto a quando il serbatoio è vuoto. Ciò è dovuto alla minore velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche all’interno del contenuto. La distanza apparente del fondo del serbatoio contiene quindi anche il livello di riempimento come risultato di misura.

Da entrambi i risultati di misura (eco dalla superficie del prodotto e dalla distanza apparente del fondo del serbatoio), è ora possibile determinare con precisione il livello, anche se il segnale di eco desiderato si sovrappone all’eco delle installazioni del serbatoio. Con questo metodo è possibile eliminare le riflessioni di impianti interferenti e le riflessioni multiple.

Livello radar a onda guidata

Il livello radar a onda guidata è un metodo di misura più simile alla riflettometria nel dominio del tempo che al radar classico. In questo caso, l’energia ad alta frequenza non viene emessa nello spazio libero all’interno del contenitore, ma viene guidata lungo un’asta metallica (che arriva fino al fondo del contenitore) come una guida d’onda nel contenitore. Questa guida d’onda assume approssimativamente la funzione di conduttore interno di un cavo coassiale. Se la costante dielettrica εr dell’ambiente circostante la guida d’onda cambia (ad esempio a causa della superficie del materiale di riempimento), la sua impedenza cambia. Questa variazione di impedenza è la causa di un disadattamento in questo punto e quindi anche di una riflessione di parte dell’energia ad alta frequenza condotta. La valutazione di questi risultati di misura avviene come nel caso del radar di livello, tanto che alcuni produttori semplificano questo metodo di misura chiamandolo „radar“.

Questo metodo di misura è particolarmente adatto per i contenitori la cui parete interna presenta molte disomogeneità meccaniche, come serpentine di riscaldamento, ingressi o persino pale di agitatori. Queste causerebbero altrimenti la riflessione di un’onda elettromagnetica e quindi la sovrapposizione o l’oscuramento del risultato della misurazione.

Fonti e letteratura supplementare:

  1. Armin Scheuermann, „Neues Hochfrequenz-Radar zur Füllstandmessung in Flüssigkeiten“, in Chemietechnik Heft März 2016, Süddeutscher Verlag Hüthig, Heidelberg (online)
  2. Applicazioni radio speciali per gruppi di utenti specifici (localizzazione radio)