Noções básicas de radar

Sensor de Nível Tipo Radar

O radar de nível é um método de medição sem contato para o nível em tanques de processo, tanques de armazenamento e silos abertos ou fechados na indústria de processos. O dispositivo de medição envia sinais de micro-ondas de cima para o meio, que os reflete. Com base nos sinais de eco recebidos pelo dispositivo de medição, a distância até a superfície do produto é determinada e, se a geometria do recipiente for conhecida, o nível pode ser calculado a partir daí. Com esse método de medição, podem ser medidos sólidos a granel, líquidos e camadas de separação em líquidos (por exemplo, a espessura de uma camada de espuma no líquido). Os tempos de trânsito medidos podem ser calibrados de acordo com o material a ser medido, de modo que as superfícies irregulares dos materiais de gotejamento não influenciem a medição. Essa calibração também leva em conta as diferentes velocidades de propagação das ondas eletromagnéticas nos respectivos meios.

As vantagens desse método de medição são

• extrema precisão até a faixa de milímetros;
• independência das condições de temperatura e pressão;
• funcionamento confiável mesmo em ambientes com muita poeira (por exemplo, em um silo de cimento ou de farinha)
• aplicação mesmo em materiais agressivos ou abrasivos;
• bem como uma operação totalmente descomplicada.

Os métodos de radar de onda contínua com modulação de frequência são usados principalmente nas várias faixas de frequência (6, 10, 24 e 76 GHz). No entanto, o radar de pulso também continua sendo usado, embora apenas com baixa resolução devido à duração extremamente curta do pulso que seria necessária. Aqui, também, quanto mais alta a frequência da portadora, menores e mais eficazes podem ser as antenas construídas. Por exemplo, um antena tipo corneta para 25 GHz tem um ângulo de abertura de cerca de 10°. Um antena tipo corneta para 76 GHz não só é muito menor, como também tem um ângulo de abertura de apenas cerca de 3°. Essa nitidez da direção da radiação evita reflexos da parede do tanque.[1] Os sistemas geralmente exigem aprovação de frequência.[2]

Rastreamento de múltiplos ecos

O rastreamento de múltiplos ecos é um procedimento que elimina ecos interferentes de instalações no recipiente (gargalos de enchimento, unidades de resfriamento ou aquecimento, agitadores).

Se o resultado da medição for exibido como um sinal analógico (como mostrado na Fig. 1) em um escope A, esses ecos adicionais das instalações no vaso também poderão ser detectados. A posição dessas instalações internas é conhecida e pode ser mascarada pelo software por meio de um circuito de porta. Isso causa problemas se o nível de enchimento for exatamente a altura de um desses internos: nesse caso, o nível de enchimento geralmente não é exibido.

No entanto, o radar sempre recebe um eco do fundo do contêiner. Quando o tanque está cheio, o fundo do tanque parece estar mais distante do que quando o tanque está vazio. Isso se deve à velocidade de propagação mais lenta das ondas eletromagnéticas dentro do conteúdo. A distância aparente do fundo do tanque, portanto, também contém o nível de enchimento como um resultado de medição.

A partir de ambos os resultados de medição (eco da superfície do produto e da distância aparente do fundo do tanque), o nível pode agora ser determinado com exatidão, mesmo que o sinal de eco desejado seja sobreposto aos ecos das instalações do tanque. As reflexões de instalações interferentes, bem como as reflexões múltiplas, podem ser eliminadas com esse método.

Radar de onda guiada

O radar de onda guiada é um método de medição que se assemelha mais à reflectometria de domínio de tempo do que ao radar clássico. Aqui, a energia de alta frequência não é emitida para o espaço livre dentro do tanque, mas é guiada ao longo de uma haste de metal (que vai até o fundo do tanque) como um guia de ondas nesse tanque. Aqui, esse guia de ondas assume aproximadamente a função do condutor interno de um cabo coaxial. Se a constante dielétrica ε_r dos arredores desse guia de ondas mudar (por exemplo, a partir da superfície do material de enchimento), sua impedância mudará. Essa alteração na impedância é a causa de uma incompatibilidade nesse ponto e, portanto, também a causa de uma reflexão de parte da energia de alta frequência conduzida. A avaliação desses resultados de medição é feita da mesma forma que no radar de nível, de modo que alguns fabricantes simplificam esse método de medição chamando-o de „radar“.

Esse método de medição é particularmente adequado para contêineres cuja parede interna tem muitas inomogeneidades mecânicas, como bobinas de aquecimento, entradas ou até mesmo lâminas de agitadores. Caso contrário, elas também causariam reflexos de uma onda eletromagnética e, portanto, sobreporiam ou obscureceriam o resultado da medição.