Come funziona la misura di livello radar
Tecnologia, vantaggi e IIoT
In breve
- La misura di livello può aprire sfide significative: la scelta di un dispositivo inappropriato o di una configurazione errata può infatti portare a inefficienze operative e interruzioni costose.
- Scegliere la tecnologia giusta e implementarla correttamente garantisce un processo stabile in grado di funzionare senza problemi in background.
- La tecnologia radar offre notevoli vantaggi e ha progressivamente sostituito metodi di misura alternativi nella maggior parte delle applicazioni.
- La sua adozione su larga scala è legata a una migliore accessibilità e alla capacità di fornire misure di livello estremamente precise.
- Questo articolo illustra i principi alla base della tecnologia radar ed esamina in che modo i dispositivi radar IIoT sono diventati un'innovazione fondamentale nel monitoraggio del livello per i moderni ambienti industriali.
Come misurare i livelli nei serbatoi?
Il mercato offre una vasta gamma di modelli che utilizzano diversi metodi per la misura di livello. La scelta dell'opzione migliore per il processo in questione dipende dalle sue caratteristiche e dai suoi requisiti specifici.
Quindi, quale tipo di sensore scegliere: a pressione idrostatica, capacitivo, a ultrasuoni o un altro? Ognuno ha il suo campo di applicazione, ma la tecnologia radar si distingue per la sua versatilità in numerose applicazioni. Se combinata con funzionalità IIoT, semplifica notevolmente il monitoraggio e il controllo.
Come funziona un radar?
Generalmente i trasmettitori di livello radar funzionano secondo uno dei due principi: tempo di volo (ToF, Time of Flight) o onda continua modulata in frequenza (FMCW). Il paragrafo seguente descrive in dettaglio ciascuno dei principi.
Tempo di volo
Con questo metodo, il dispositivo radar determina la distanza dalla superficie del prodotto emettendo impulsi radar che si riflettono sulla superficie e ritornano al dispositivo. L'antenna riceve il segnale riflesso e lo trasferisce all'elettronica, dove il microprocessore analizza l'eco e calcola il tempo che il segnale impiega per ritornare.
La distanza (D) dalla superficie è proporzionale al tempo di volo (t) dell'impulso dal radar. Ecco la formula usata dal microprocessore:
D = c · t/2
Dove c indica la velocità della luce.
Dopo che il dispositivo trova la distanza (D), può calcolare il livello (L) in base alla distanza a vuoto (E):
L = E-D
Onda continua modulata in frequenza (FMCW)
Per questo metodo, il sensore radar emette un segnale ad alta frequenza. Questa frequenza aumenta con il tempo e crea quello che chiamiamo sweep di frequenza o sweep di segnale. Questo segnale si riflette sulla superficie del prodotto per poi essere ricevuto dall'antenna e trasmesso all'elettronica con un ritardo (t).
La frequenza ricevuta è diversa da quella emessa e la differenza (Δf) è proporzionale alla curva eco. Applica la trasformata di Fourier a uno spettro, come mostrato qui:
Onda continua modulata in frequenza (FMCW)
Il dispositivo determina il livello calcolando la differenza tra l'altezza del serbatoio e la distanza misurata. Sebbene questo metodo sia più complesso dell'approccio ToF, tutti i calcoli sono gestiti internamente dal dispositivo, garantendo risultati accurati senza sforzi aggiuntivi.
Banda di frequenza
È importante comprendere le bande di frequenza o consultare un esperto per determinare quale opzione si adatta meglio all'applicazione specifica. I sensori di livello senza contatto sono disponibili in quattro bande diverse; la maggior parte funziona a 6 GHz, 10 GHz o 26 GHz.
Recentemente hanno fatto la loro comparsa sul mercato sensori radar con capacità 80 GHz. Questi ultimi offrono importanti vantaggi per le installazioni di processo, in particolare nelle applicazioni in cui i tradizionali trasmettitori radar richiedono più spazio per l'angolo di emissione.
Quale banda di frequenza è più adatta al processo specifico? La risposta dipende da diversi fattori specifici dell'applicazione. È possibile svolgere una ricerca dettagliata o fornire i dati di processo a un esperto per ricevere istruzioni: il primo metodo assicura accuratezza, mentre il secondo garantisce velocità.
Monitoraggio del livello IIoT
I sensori radar IIoT rappresentano l'ultima generazione di dispositivi di misura di livello compatti. Modelli come Micropilot FWR30 di Endress+Hauser sono progettati per essere installati in tutta semplicità in serbatoi di piccole dimensioni e possono essere spostati in base alle esigenze.
Questa portabilità è possibile grazie alla batteria e alla comunicazione wireless e consente lo spostamento dei serbatoi in qualsiasi posizione con accesso Internet, garantendo una trasmissione dati continua.
Altre funzionalità includono tracciamento locale, soglie minime e massime configurabili e avvisi automatici in caso di cambio delle misure. Questi sensori funzionano a 80 GHz e sono la soluzione ideale per i piccoli serbatoi, oltre a fornire misure affidabili e accurate anche in applicazioni con spazi limitati.
I dispositivi radar IIoT basati sul cloud, come Micropilot FWR30, possono essere configurati in pochi semplici passaggi. Al termine della configurazione, tutti i dati di misura sono accessibili da smartphone, laptop o tablet. I servizi complementari, come quelli forniti dall'ecosistema IIoT Netilion, forniscono funzionalità avanzate, tra cui pannelli di controllo, dati storici, mappatura, notifiche e altro ancora.
