Sélectionnez la fréquence appropriée pour l'émetteur de niveau radar

La technologie des transmetteurs de niveau radar n'a cessé de s'améliorer au cours des 40 dernières années et elle est aujourd'hui l'une des technologies les plus utilisées pour mesure au niveau industriel Les émetteurs de niveau radar se divisent généralement en deux catégories : le radar à ondes guidées (GWR), qui utilise une sonde ou un câble de contact, et le radar sans contact, qui envoie des micro-ondes à travers une antenne sans toucher le milieu.

Ces dernières années, les émetteurs radar sans contact ont également connu de nouvelles évolutions dans la sélection de leur fréquence micro-ondes. Ces appareils fonctionnent généralement sur trois gammes : basse fréquence (6 à 11 GHz), moyenne fréquence (24 à 30 GHz) et fréquence moyenne (24 à 30 GHz). 29 GHz ), et haute fréquence ( 80 GHz ), et des jauges de niveau radar couvrant ces gammes sont déjà utilisées pour fournir des mesures fiables et précises sur le terrain.

Plus le choix d'appareils disponibles est vaste, mieux c'est pour les utilisateurs finaux. Cela dit, le critère le plus important lors du choix d'un appareil est l'adéquation de la bande de fréquence à l'application prévue. Chaque application possède une bande de fréquence optimale, et inversement, toutes les bandes de fréquence ne conviennent pas à toutes les applications. C'est pourquoi, avant de faire leur choix, les utilisateurs doivent soigneusement évaluer les avantages et les inconvénients de chaque fréquence, ainsi que les conditions du site susceptibles d'affecter les performances.

Comment les bandes de fréquences affectent la précision de la mesure

Un radar mesure la distance qui le sépare d'une surface grâce aux micro-ondes qu'il émet. Il calcule pour cela le temps que met l'impulsion pour atteindre la surface mesurée et revenir à l'instrument.

La fréquence détermine la longueur d'onde : plus la fréquence est élevée, plus la longueur d'onde est courte.

Absorption et atténuation du signal

La fréquence est la propriété fondamentale de tout capteur de niveau radar et elle influe sur les performances de mesure de plusieurs manières. Par exemple, les micro-ondes de haute fréquence traversant un milieu sont davantage absorbées, ce qui affaiblit le signal de retour.

C'est un peu comme entendre de la musique à travers un mur. Les basses fréquences passent car elles peuvent traverser le mur, tandis que les aigus, en général, ne le peuvent pas.

De la même manière, la mousse, la poussière, la vapeur et la condensation ont tendance à nuire à la mesure du niveau car elles interfèrent notamment avec les signaux radar à haute fréquence, affaiblissant le signal de retour et affectant la précision globale.

L'intensité d'un signal diminue toujours lorsqu'il traverse un milieu. Ainsi, les signaux à haute fréquence subissent généralement une atténuation plus importante que ceux à moyenne ou basse fréquence.

Angle de faisceau et taille de l'antenne

La fréquence influe considérablement sur l'angle et la largeur du faisceau d'une antenne radar. Un signal haute fréquence permet d'obtenir un angle de faisceau étroit avec une petite antenne ; or, un angle de faisceau étroit est utile car il permet d'éviter les obstacles à l'intérieur des réservoirs et des navires.

Cela dit, les radars basse fréquence peuvent également atteindre des angles de faisceau étroits, moyennant une antenne plus grande. Il est donc essentiel de tenir compte de l'espace disponible à bord pour leur installation.

Les faisceaux étroits présentent aussi leurs propres inconvénients : toute obstruction dans le réservoir peut bloquer complètement un faisceau étroit, alors qu’un faisceau plus large peut n’être que partiellement bloqué et tout de même donner une lecture fiable.

Turbulence et diffusion du signal

Les turbulences du liquide de traitement peuvent également affecter les mesures radar. Les vagues et les ondulations à la surface provoquent la diffusion des micro-ondes au lieu de leur réflexion directe vers l'antenne, ce qui peut entraîner des pertes de signal allant jusqu'à 90 % et nuire à la fiabilité et à la précision du système. Les courtes longueurs d'onde des transmissions à haute fréquence sont particulièrement sensibles à ce phénomène.

Les radars haute fréquence de nouvelle génération, souvent conçus autour de 80 GHz, utilisent une longueur d'onde beaucoup plus courte et un angle de faisceau très étroit. Ce faisceau étroit est particulièrement efficace sur les petits navires et les poudres fines, où un faisceau large ne peut contourner les obstacles internes. Cependant, il présente les mêmes inconvénients que les autres radars haute fréquence : la mousse, la vapeur et les turbulences continuent d'affaiblir le signal. Par conséquent, la fréquence de 80 GHz ne résout pas le problème des réservoirs sales ou remplis de mousse, comme décrit précédemment.

Turbulence et diffusion du signal

La mesure de niveau par radar peut être perturbée par les turbulences au sein du liquide traité. En effet, à la surface du liquide, les micro-ondes rencontrent des vagues et des ondulations. Malheureusement, ces micro-ondes se dispersent et se diffusent au lieu d'être réfléchies vers l'antenne à cause des turbulences. Cela peut entraîner une perte de signal d'environ 90 %, affectant ainsi la fiabilité et la précision des mesures. Par conséquent, ce phénomène affecte également les courtes longueurs d'onde dans les transmissions à haute fréquence.

Les radars haute fréquence de nouvelle génération, souvent conçus autour de 80 GHz, utilisent une longueur d'onde beaucoup plus courte et un angle de faisceau très étroit. Ce faisceau étroit est particulièrement efficace sur les petits navires et les poudres fines, où un faisceau large ne peut contourner les obstacles internes. Il présente les mêmes inconvénients que les autres radars haute fréquence : la mousse, la vapeur et les turbulences continuent d'affaiblir le signal. Par conséquent, la fréquence de 80 GHz ne constitue pas une solution pour les réservoirs sales ou remplis de mousse, comme décrit précédemment.

Choisir la fréquence appropriée pour différentes applications

Dans les industries de transformation, les applications de mesure de niveau par radar sont nombreuses et présentent chacune leurs propres défis. Il est donc important pour les utilisateurs de déterminer la bande de fréquence la plus adaptée à leur situation. Voici quelques scénarios courants à prendre en compte.

Antennes sales et contaminées

La saleté et les contaminants qui s'accumulent sur une antenne au fil du temps peuvent affecter la direction et la puissance du signal radar. Les signaux de moyenne et basse fréquence y sont peu affectés, car ils sont peu sensibles à la contamination. En revanche, les signaux de haute fréquence sont plus sensibles : toute saleté recouvrant l'antenne absorbe une part importante de l'énergie du signal et peut également dévier le faisceau. Même une petite accumulation irrégulière peut dévier le faisceau d'environ 1,5 degré. Ceci est particulièrement problématique pour les radars à faisceau étroit, car l'antenne ne reçoit pas correctement l'écho et la puissance du signal chute considérablement. Les silos à ciment et usines de traitement du minerai Les zones où les niveaux de poussière sont particulièrement élevés sont de bons exemples de régions où les radars à moyenne et basse fréquence ont tendance à mieux fonctionner.

Réservoirs contenant de la vapeur ou de la condensation

En présence de vapeur ou de condensation, le bruit généré par les gouttelettes d'eau peut perturber la réflexion nette sur la surface du produit. Ce phénomène affecte principalement les signaux haute fréquence ; les technologies moyennes et basses fréquences sont donc plus appropriées dans ce cas. La conception de l'antenne reste également un facteur important. Les antennes à surface plane et horizontale ne sont pas adaptées aux environnements sujets à la condensation. Ce type d'installation est fréquent dans les réservoirs d'eau d'alimentation des chaudières à vapeur ou les réacteurs chimiques à double enveloppe chauffée par la vapeur.

Applications avec turbulence, ondulations et vagues

Dans les grands réservoirs, la surface des liquides présente souvent des ondulations et des vagues, et ce type de turbulence constitue un véritable obstacle aux mesures à haute fréquence. Les appareils à haute fréquence émettent sur des longueurs d'onde courtes ; par conséquent, même de faibles mouvements de surface peuvent diffuser le signal au lieu de le réfléchir correctement, ce qui affaiblit le signal de retour. Les instruments à moyenne et basse fréquence sont plus adaptés à ce problème, car ils émettent sur des longueurs d'onde plus longues. Les grands réservoirs de stockage de pétrole brut et les bassins d'aération des stations d'épuration, où la surface est constamment agitée, sont des exemples typiques où le radar à moyenne et basse fréquence s'avère le choix le plus fiable.

Applications moussantes

La précision des mesures se complique lorsque la surface est recouverte de mousse, pour des raisons similaires à la condensation et à la saleté : la mousse absorbe le signal radar. Les instruments basse fréquence sont généralement performants dans ce cas et fournissent des mesures plus fiables. Les propriétés de la mousse étant très variables, la basse fréquence est mieux adaptée aux mousses épaisses et denses comme le latex, la mélasse ou la bière, tandis que la moyenne fréquence convient aux mousses plus légères. En revanche, les instruments haute fréquence sont totalement inadaptés aux applications impliquant de la mousse.

Réservoirs de stockage de liquides en vrac

La mesure du niveau dans les réservoirs de stockage en vrac, comme les réservoirs à toit flottant, s'effectue parfois à l'aide de conduites fixes. Le radar basse fréquence est généralement privilégié, car il est moins sensible aux dépôts sur les parois des conduites et aux irrégularités de rectitude. Le radar haute fréquence est moins performant dans ce type de configuration. Les réservoirs de stockage de pétrole brut et de produits raffinés des usines pétrochimiques constituent un exemple classique d'utilisation conjointe du radar basse fréquence et des conduites fixes.

De plus, le vent, le gonflement de la cuve, l'ombrage et le soleil peuvent tous provoquer des mouvements de la toiture des réservoirs de stockage en vrac. Le radar haute fréquence est plus sensible à ce type d'inclinaison en raison de son angle de faisceau étroit. Si l'axe de l'antenne se décale, même légèrement, de la verticale, il peut manquer complètement le signal réfléchi.

mesure du niveau des solides

La fréquence optimale pour la mesure des solides dépend de l'application. Les radars à moyenne et basse fréquence conviennent aux solides grossiers, à la poussière et à la condensation, tandis que les radars à haute fréquence sont performants avec les poudres fines. silos à grains Les soutes à charbon, avec leurs particules grossières et leur poussière épaisse, sont bien adaptées aux moyennes et basses fréquences, tandis que les poudres fines comme la farine ou le lait en poudre sont généralement mesurées avec plus de précision par radar haute fréquence. La condensation est un problème courant pour les radars haute fréquence ; combinée à certains solides, elle peut accélérer l’accumulation de dépôts qui obstruent les petites ouvertures des buses et bloquent les antennes haute fréquence, qui sont généralement de petite taille.