Nivåmätning med radar – så går det till

På marknaden finns det ett brett utbud av modeller som använder olika metoder för nivåmätning. För att komma fram till vilket alternativ som passar en process bäst måste man utgå från processens specifika egenskaper och krav.

Så, vilken typ av sensor ska man välja? Tryck, hydrostatisk, kapacitiv, ultraljud eller någon annan variant? Alla är bra på sitt sätt, men radarteknik sticker ut tack vare dess mångsidighet för många olika tillämpningar. I kombination med IIoT-funktionalitet kan den förenkla övervakning och styrning avsevärt.

Radarnivåtransmittrar fungerar vanligtvis utifrån en av två principer: time of flight (ToF) eller frekvensmodulerad kontinuerlig våg (FMCW). I det här avsnittet går vi igenom dem i detalj.

Med den här metoden fastställer radarenheten avståndet mellan produktens yta genom att avge radarpulser som reflekteras på ytan och strålar tillbaka till enheten. Antennen tar emot signalen och överför den till elektroniken, där mikroprocessorn analyserar ekot och beräknar tiden det tog för signalen att strålas tillbaka.

Avståndet (D) till ytan är proportionellt till time of flight (t) för pulsen från radarn. Mikroprocessorn använder den här formeln:

D = c · t/2

c står här för ljusets hastighet.

När enheten har fastställt avståndet (D) kan den beräkna nivån (L) baserat på det tomma avståndet (E):

L = E - D

Den här metoden går ut på att radarsensorn sänder ut en högfrekvent signal. Den här frekvensen ökar med tiden och skapar vad vi kallar ett frekvenssvep eller signalsvep. Signalen reflekteras på produktens yta, tas emot av antennen och överförs till elektroniken via ett tidsrelä (t).

Den mottagna frekvensen avviker från den utsända frekvensen och skillnaden (Δf) är proportionell till ekokurvan. Den omvandlas med hjälp av Fouriertransformen till ett spektrum, som visas här:

Enheten fastställer nivån genom att beräkna skillnaden mellan tankens höjd och det uppmätta avståndet. Även om den här metoden är mer komplex än ToF-metoden hanteras alla beräkningar internt av enheten, vilket säkerställer exakta resultat utan extra ansträngning.

Det är viktigt att ha djup kunskap om frekvensband eller att vända sig till en expert för att komma fram till vilket alternativ som passar en tillämpning bäst. Beröringsfria nivåsensorer finns i fyra olika frekvensband, och de flesta använder 6 GHz, 10 GHz eller 26 GHz.

Nyligen har radarsensorer med en kapacitet på 80 GHz släppts på marknaden. Dessa ger stora fördelar för processinstallationer, i synnerhet för tillämpningar där traditionella radartransmittrar kräver mer utrymme för strålvinkeln.

Vilket frekvensband är bäst för din process? Svaret beror på flera faktorer som är beroende av tillämpningen. Du kan antingen göra djupgående efterforskningar på egen hand, eller överlämna dina processdata till en expert för rådgivning – det första alternativet ger grundlighet, det andra garanterar snabbhet.

IIoT-radarsensorer representerar den senaste generationen av kompakta enheter för nivåmätning. Modeller som Micropilot FWR30 från Endress+Hauser är utformade med enkel installation i små tankar i åtanke, och de är lätta att flytta på vid behov.

Flyttbarheten är möjlig tack vare batteridrift och trådlös kommunikation och innebär att tankar kan flyttas till valfri plats med internetåtkomst, utan att den kontinuerliga dataöverföringen bryts.

Det finns också funktioner som lokal spårning, konfigurerbara tröskelvärden och automatiserade varningar vid förändrade mätningar. Dessa sensorer på 80 GHz är perfekta för små behållare och ger tillförlitliga och exakta mätningar, även i tillämpningar med begränsat utrymme.

Molnbaserade IIoT-radarenheter, som Micropilot FWR30, kan konfigureras i ett par enkla steg. När konfigureringen är klar finns alla mätdata tillgängliga från en smarttelefon, bärbar dator eller surfplatta. Kompletterande tjänster, som de som tillhandahålls via Netilion IIoT-ekosystemet, ger avancerade funktioner som översiktsvyer, datahistorik, kartläggning, aviseringar med mera.