Radarniveaumeting verklaard
Technologie, voordelen en de IIoT
In het kort
- Niveaumeting kan voor aanzienlijke uitdagingen zorgen: als er een ongeschikt instrument wordt gekozen of een onjuiste configuratie kan dit leiden tot operationele inefficiënties en kostbare verstoringen.
- Het kiezen van de juiste technologie en de juiste implementatie hiervan waarborgt een stabiel proces dat ongemerkt op de achtergrond werkt.
- Radartechnologie biedt substantiële voordelen en heeft geleidelijk alternatieve meetmethoden voor de meeste toepassingen vervangen.
- De wijdverbreide toepassing is gestimuleerd door een verbeterde economische haalbaarheid en de capaciteit voor het leveren van uiterst nauwkeurige niveaumetingen.
- In dit artikel worden de principes van de radartechnologie beschreven en wordt besproken hoe IIoT-ondersteunde radarinstrumenten een baanbrekende innovatie in de niveaubewaking voor moderne industriële omgevingen zijn geworden.
Hoe worden niveaus in tanks gemeten?
De markt biedt een groot aantal modellen die gebruikmaken van verschillende methoden voor niveaumeting. Om te bepalen welke optie het beste is voor uw proces moet worden gekeken naar de specifieke kenmerken en vereisten.
Welk type sensor moet u dus kiezen - druk, hydrostatisch, capacitief, ultrasoon of een ander? Elk type heeft zijn functie, maar radartechnologie onderscheidt zich door de veelzijdigheid voor veel toepassingen. In combinatie met IIoT-mogelijkheden wordt bewaking en regeling veel eenvoudiger.
Hoe werkt een radar?
Radarniveautransmitters maken doorgaans gebruik van één van twee principes: time-of-flight (ToF) of frequentiegemoduleerde continue golf (FMCW). Hierna worden beide beschreven.
Time-of-flight
Bij deze methode bepaalt het radarinstrument de afstand tot het productoppervlak door radarpulsen uit te zenden die door het oppervlak worden gereflecteerd en teruggaan naar het instrument. De antenne ontvangt het gereflecteerde signaal en leidt dit naar de elektronica, waar de microprocessor de echo analyseert en de tijd berekent die het signaal nodig had om terug te keren.
De afstand (D) tot het oppervlak is proportioneel met de time-of-flight (t) van de puls van de radar. Dit is de formule die de microprocessor gebruikt:
D = c · t/2
Waarbij c de snelheid van het licht is.
Nadat het instrument de afstand (D) heeft bepaald, kan het het niveau (L) op basis van de lege afstand (E) berekenen:
L = E-D
Frequentiegemoduleerde continue golf (FMCW)
Voor deze methode zendt de radarsensor een hoogfrequent signaal uit. Deze frequentie neemt geleidelijk toe en maakt een zogenaamde frequentiesweep of signaalsweep. Dit signaal wordt gereflecteerd door het productoppervlak, opgevangen door de antenne en doorgegeven aan de elektronica met een tijdvertraging (t).
De ontvangen frequentie verschilt van de verzonden frequentie en het verschil (Δf) is proportioneel met de echocurve. Met de fouriertransformatie wordt een spectrum gevormd:
Frequentiegemoduleerde continue golf (FMCW)
Het instrument bepaalt het niveau door het verschil te berekenen tussen de tankhoogte en de gemeten afstand. Hoewel deze methode complexer is dan de ToF-methode, worden alle berekeningen intern door het instrument uitgevoerd, waardoor nauwkeurige resultaten zonder extra moeite zijn gewaarborgd.
Frequentieband
Het is belangrijk om te weten wat frequentiebanden zijn of raadpleeg een deskundige om te bepalen welke optie het meest geschikt is voor uw toepassing. Contactloze niveausensoren zijn beschikbaar in vier verschillende banden, waarbij de meeste werken bij 6 GHz, 10 GHz of 26 GHz.
Onlangs zijn er radarsensoren met een 80GHz-capaciteit op de markt gekomen. Deze hebben aanzienlijke voordelen voor procesinstallaties, met name in toepassingen waar traditionele radartransmitters meer ruimte nodig hebben voor de stralingshoek.
Welke frequentieband is het beste voor uw proces? Het antwoord is afhankelijk van verschillende toepassingsspecifieke factoren. U kunt zelf een gedetailleerd onderzoek uitvoeren of uw procesgegevens voor advies aan een deskundige voorleggen - het eerstgenoemde biedt grondigheid, het laatstgenoemde snelheid.
IIoT-niveaubewaking
IIoT-radarsensoren vormen de nieuwste generatie compacte niveaumeetinstrumenten. Modellen als de Micropilot FWR30 van Endress+Hauser zijn ontwikkeld voor eenvoudige installatie in kleine tanks en kunnen zo nodig worden verplaatst.
Deze verplaatsbaarheid wordt gerealiseerd door batterijvoeding en draadloze communicatie, waardoor tanks naar een andere locatie met internettoegang kunnen worden verplaatst terwijl de continue gegevensoverdracht behouden blijft.
Extra functies zijn onder andere local tracking, configureerbare minimum- en maximumgrens, en geautomatiseerde alarmen als metingen veranderen. Deze sensoren werken bij 80 GHz en zijn ideaal voor kleine containers, waarbij ze betrouwbare en nauwkeurige metingen leveren, zelfs in toepassingen met weinig ruimte.
Cloud-based IIoT-radarinstrumenten, zoals de Micropilot FWR30, kunnen in enkele eenvoudige stappen worden geconfigureerd. Na de setup zijn alle meetgegevens toegankelijk via een smartphone, laptop of tablet. Aanvullende diensten, zoals die geleverd door het Netilion IIoT-ecosysteem, bieden geavanceerde mogelijkheden, zoals dashboards, historische gegevens, mapping, meldingen en meer.
