Radar-Füllstandmessgeräte sind Messgeräte, die auf dem Flugzeitprinzip basieren. Mit ihren Vorteilen der berührungslosen Messung, der starken Entstörungsfähigkeit, der hohen Präzision, des geringen Wartungsaufwands und der langen Lebensdauer haben sie sich in vielen Szenarien zur Füllstandsmessung von Flüssigkeiten nach und nach zum bevorzugten Gerät entwickelt.
Radar-Füllstandmessgeräte gibt es in Frequenzen wie 6 GHz, 26 GHz, 80 GHz und 120 GHz. Im Großen und Ganzen können Radar-Füllstandmessgeräte auch in Hochfrequenz- und Niederfrequenz-Typen unterteilt werden.{7}G- und 80G-Radar-Füllstandmessgeräte sind zwei gängige Typen. Die Hauptunterschiede zwischen 26G- und 80G-Radar-Füllstandmessgeräten liegen in ihrer Modulationsfrequenz, Wellenlänge, Messgenauigkeit, Auflösung und Blindzone. Im Allgemeinen sind Radar-Füllstandmessgeräte mit höherer Frequenz teurer.
Modulationsfrequenz und Wellenlänge
Unter Mikrowellen versteht man den Bereich elektromagnetischer Wellen mit Frequenzen von 300 MHz bis 300 GHz und entsprechenden Wellenlängen von 1 mm bis 1 m. Das elektromagnetische Spektrum umfasst drei Bänder: Dezimeterwellen (Frequenzbereich 300 MHz–3 GHz), Zentimeterwellen (Frequenzbereich 3–30 GHz) und Millimeterwellen (Frequenzbereich 30–300 GHz).
Die Beziehung zwischen Wellenlänge und Frequenz (c=λf, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist) ist wie folgt:
26G Radar-Füllstandmessgeräte:
Die Modulationsfrequenz liegt im Allgemeinen zwischen 24 und 26 GHz, die Wellenlänge beträgt etwa 11,5 mm und gehört zum Zentimeterwellenband.
80G Radar-Füllstandmessgeräte:
Die Modulationsfrequenz liegt im Allgemeinen zwischen 78 und 82 GHz, die Wellenlänge beträgt etwa 3,75 mm und gehört zum Millimeterwellenband.
Messgenauigkeit und Auflösung
Generell gilt: Je höher die Frequenz (kürzere Wellenlänge) des Radars, desto höher ist seine räumliche Auflösung.
26G Radar-Füllstandsmessgerät:
Dies gehört zum Pulsradar (PTOF). Das Funktionsprinzip des Pulsradars ähnelt der „Sonarerkennung“: Die Sendeeinheit sendet periodisch hochfrequente Pulssignale mit extrem kurzer Dauer (normalerweise im Nanosekundenbereich) aus. Nachdem der Impuls die Oberfläche des Mediums erreicht und reflektiert wird, zeichnet die Empfangseinheit die Zeitdifferenz (Δt) zwischen Senden und Empfangen auf und berechnet dann den Flüssigkeitsstand anhand der Formel „Abstand=(Lichtgeschwindigkeit × Δt) / 2“. Sein Schaltungsdesign ist relativ einfach und die Kosten niedrig, aber es ist durch die Impulsbreite begrenzt, hat eine Blindzone im Nahbereich (normalerweise 0,3–1 m) und eine geringe Entfernungsauflösung (im Allgemeinen ±5 mm). Es eignet sich für Szenarien mit großem Messbereich und geringen Genauigkeitsanforderungen.
80G Radar-Füllstandsmessgerät:
Dies gehört zum frequenzmodulierten Dauerstrichradar (FMCW). Es sendet ein Dauerstrichsignal mit einer Frequenz, die sich linear mit der Zeit ändert, und die Übertragungsfrequenz weist eine Sägezahn- oder Dreieckswellenbeziehung mit der Zeit auf. Beim Empfang des Echosignals hat sich die Sendefrequenz geändert. Der Flüssigkeitsstand wird berechnet, indem die Frequenzdifferenz (Δf) zwischen den gesendeten und den Echowellen gemessen wird, wobei die Eigenschaft „Δf proportional zur Entfernung“ genutzt wird. Da das FMCW-Radar kontinuierliche Wellensignale verwendet, verfügt es über eine kleine Blindzone, eine Entfernungsauflösung von ±1 mm und stärkere Anti-Interferenz-Fähigkeiten, wodurch das Echo effektiv von der Flüssigkeitsoberfläche und nahegelegenen Hindernissen unterschieden werden kann. Allerdings ist die Schaltung komplex und die Kosten relativ hoch, sodass es sich für Messszenarien mit hoher -Präzision oder kurzer{9}}Reichweite eignet.
Abstrahlwinkel
Ein wesentlicher Vorteil von Hochfrequenz-Mikrowellen ist ihr extrem kleiner Strahlwinkel. {1}GHz-Radar hat typischerweise einen Strahlwinkel von nur 3 Grad bis 5 Grad, während 26-GHz-Radar 10 Grad bis 15 Grad erreicht. In engen Räumen oder unter schwierigen Bedingungen mit Hindernissen kann das 80-GHz-Radar die Flüssigkeitsoberfläche besser fokussieren und so Störungen durch Behälterwände oder andere interne Strukturen reduzieren. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet es sich besonders gut für kleine Lagertanks oder wenn es nahe an der Tankwand installiert wird.
Antennentyp
80-GHz-Radar verwendet normalerweise eine Planarmatrixantenne. Im Vergleich zur hornförmigen Antenne, die üblicherweise in 26-GHz-Radargeräten verwendet wird, ist sie widerstandsfähiger gegen Störfaktoren wie Staub, Dampf und Kondensation und kann auch unter rauen Bedingungen einen stabilen Betrieb aufrechterhalten. Unter bewegten Bedingungen können beispielsweise Wirbel, Schaum, Spritzer und sogar falsche Grenzflächen auf der Flüssigkeitsoberfläche auftreten, was extrem hohe Anforderungen an die Entstörungsfähigkeit und Signalfokussierung der Messgeräte stellt. Das . 80GHz-Hochfrequenzradar mit seiner kurzen Wellenlänge, seinem schmalen Strahl und seinen starken Signaldurchdringungseigenschaften in Kombination mit fortschrittlicher Signalverarbeitungstechnologie hat sich zur gängigen Lösung für die Messung des Flüssigkeitsstands in bewegten Tanks entwickelt.
Wie wählt man zwischen 80 GHz und 26 GHz?
Situationen, in denen ein 80-GHz-Radar-Füllstandmessgerät bevorzugt wird:
Komplexe Prozesse: Der Tank enthält Hindernisse wie Rührwerke, Heizschlangen und Leitern.
Miniaturisierte Behälter: Reaktoren, kleine Lagertanks, Prozessbehälter (Durchmesser weniger als 1 Meter).
Komplexe Medieneigenschaften: Flüssigkeiten/Feststoffe, die zur Schaumbildung neigen, bei Verdunstung zu Kondensation führen oder eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen.
Hoch-Präzisionsmessung erforderlich: Wird für die Handelsabwicklung, präzise Stapelverarbeitung usw. verwendet.
Eingeschränkte Installationsbedingungen: Unzureichende kurze Rohrlänge oder keine Bereitschaft/Möglichkeit, Wellenleiter zu installieren.
Messung fester Materialien, insbesondere von Partikeln und Pulvern mit niedriger Dielektrizitätskonstante.
Situationen, in denen ein 26-GHz-Radar-Füllstandmessgerät bevorzugt wird:
Standardgroße Lagertanks: wie Reservoirs, Rohöllagertanks, Abwasserbecken usw. mit einfachen Innenstrukturen.
Begrenztes Kostenbudget und einfache Betriebsbedingungen ohne besondere Herausforderungen.
Messung gängiger Flüssigkeiten (Wasser, Öl, Säuren, Laugen usw.) und Schlämmen mit hoher Dielektrizitätskonstante.
Zusammenfassung
Im Allgemeinen werden 80-GHz-Radar-Füllstandmessgeräte aufgrund ihrer überlegenen Fokussierungsfähigkeit und Störfestigkeit zur bevorzugten Wahl für immer mehr Anwendungen, insbesondere in der Prozessindustrie und bei komplexen Betriebsbedingungen. Sie reduzieren die gesamten Lebenszykluskosten durch eine intelligentere Installation und stabilere Messungen. Mittlerweile sind 26-GHz-Radar-Füllstandmessgeräte als ausgereifte und zuverlässige Technologie aufgrund ihrer wirtschaftlichen Vorteile in vielen Standard- und einfachen Füllstandmessanwendungen immer noch gut einsetzbar.
Radar-Füllstandmessgeräte sind nicht unbedingt besser, je höher die Frequenz, und sie sind auch nicht unbedingt schlechter, je niedriger die Frequenz ist. Bei der Auswahl sollten Faktoren wie die Komplexität der Arbeitsbedingungen, Genauigkeitsanforderungen, Installationsbedingungen, Medieneigenschaften und das Projektbudget umfassend berücksichtigt werden. Die am besten geeignete Option ist diejenige, die zu Ihren Arbeitsbedingungen passt.
