Radar Grondbeginselen

Niveau radar

Niveau radar is een contactloze meetmethode voor het niveau in procestanks, opslagtanks en open of gesloten silo's in de procesindustrie. Het meetapparaat zendt microgolfsignalen van bovenaf naar het medium, dat ze reflecteert. Op basis van de echosignalen die het meetapparaat ontvangt, wordt de afstand tot het productoppervlak bepaald en, als de geometrie van het vat bekend is, kan het niveau hieruit worden berekend. Met deze meetmethode kunnen poedervormige tot klonterige bulk vaste stoffen, vloeistoffen en scheidingslagen in vloeistoffen (bijvoorbeeld de dikte van een schuimlaag op de vloeistof) worden gemeten. De gemeten doorlooptijden kunnen worden gekalibreerd op het te meten materiaal, zodat ongelijke oppervlakken van druppelende materialen de meting niet beïnvloeden. Deze kalibratie houdt ook rekening met de verschillende voortplantingssnelheden van elektromagnetische golven in de respectieve media.

De voordelen van deze meetmethode zijn

• een extreme nauwkeurigheid tot op de millimeter;
• onafhankelijkheid van temperatuur en druk
• betrouwbare werking, zelfs in zeer stoffige omgevingen (bijvoorbeeld in een cement- of meelsilo)
• toepassing zelfs in agressieve of schurende materialen;
• en een volledig ongecompliceerde bediening.

Frequentiegemoduleerde continu-golfradarmethoden worden meestal gebruikt in de verschillende frequentiebereiken (6, 10, 24 en 76 GHz). Pulsradar wordt echter ook nog steeds gebruikt, zij het met een lage resolutie vanwege de extreem korte pulsduur die anders nodig zou zijn. Ook hier geldt: hoe hoger de draaggolffrequentie, hoe kleiner en effectiever de antennes kunnen worden gebouwd. Een hoornradiator voor 25 GHz heeft bijvoorbeeld een openingshoek van ongeveer 10°. Een hoornradiator voor 76 GHz is niet alleen veel kleiner, maar heeft een openingshoek van slechts ongeveer 3°. Deze verscherping van de stralingsrichting voorkomt reflecties van de tankwand.[1] De systemen vereisen meestal een frequentiegoedkeuring.[2]

Multi-Echo Tracking

Multi-echo tracking is een procedure die storende echo's van installaties in het vat (vulnokken, koel- of verwarmingseenheden, roerwerken) vervaagt.

Als het meetresultaat wordt weergegeven als een analoog signaal (zoals in Fig. 1) op een A-scope, kunnen deze extra echo's van de installaties in het vat ook worden gedetecteerd. De positie van deze internals zijn bekend en kunnen softwarematig worden gemaskeerd door middel van een poortcircuit. Dit geeft problemen als het vulniveau precies ter hoogte van een van deze internals is: dan wordt het vulniveau vaak niet weergegeven.

De radar ontvangt echter altijd een echo van de bodem van de tank. Als de tank vol is, lijkt de bodem van de tank verder weg dan wanneer de tank leeg is. Dit komt door de lagere voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven binnen de inhoud. De schijnbare afstand van de tankbodem bevat daarom ook het vulniveau als meetresultaat.

Uit beide meetresultaten (echo van het oppervlak van het product en van de schijnbare afstand van de tankbodem) kan het niveau nu exact worden bepaald, zelfs als het gewenste echosignaal wordt gesuperponeerd met de echo's van tankinstallaties. Reflecties van storende installaties en meervoudige reflecties kunnen met deze methode worden uitgefilterd.

Niveaumeting met geleide radar

Niveaumeting met geleide radar is een meetmethode die meer lijkt op tijd-domein reflectometrie dan op klassieke radar. Hier wordt de hoogfrequente energie niet uitgezonden in de vrije ruimte binnenin de tank, maar langs een metalen staaf geleid (die tot op de bodem van de tank reikt) als een golfgeleider in deze tank. Deze golfgeleider neemt hier ongeveer de functie over van de binnengeleider van een coaxkabel. Als de diëlektrische constante ε_r van de omgeving van deze golfgeleider verandert (bijvoorbeeld door het oppervlak van het vulmateriaal), dan verandert de impedantie. Deze verandering in impedantie is dan de oorzaak van een mismatch op dit punt en dus ook de oorzaak van een reflectie van een deel van de geleide hoogfrequente energie. De evaluatie van deze meetresultaten gebeurt op dezelfde manier als bij een niveau radar, zodat sommige fabrikanten deze meetmethode vereenvoudigen door het „radar“ te noemen.

Deze meetmethode is vooral geschikt voor containers waarvan de binnenwand veel mechanische inhomogeniteiten heeft, zoals verwarmingsspiralen, inlaten of zelfs roerwerkbladen. Deze zouden anders ook reflecties van een elektromagnetische golf veroorzaken en zo het meetresultaat overlappen of vertroebelen.