Radarsensoren voor niveaumetingen

19 december 2022 Robbert Hoeffnagel VEGA

Radartechnologie wordt al tientallen jaren gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van militaire en veiligheidstoepassingen tot industrie en landbouw. De laatste jaren is radar steeds populairder geworden voor het meten van vloeistofniveaus in procesinstallaties.

Niveaumeting met radar werkt door microgolfenergie te gebruiken om het niveau van een vloeistof in een tank of container te detecteren. De radargolven worden de tank in gestuurd en de weerkaatsing van die golven wordt opgevangen en geanalyseerd door het radarsysteem. De tijd die de radargolven nodig hebben om naar de vloeistof te gaan en weer terug, wordt gebruikt om het vloeistofniveau in de tank te berekenen.

Meerdere voordelen

Het gebruik van radartechnologie om vloei stofniveaus te meten heeft verschillende voordelen. Ten eerste is radar over het algemeen nauwkeuriger dan andere soorten niveaumetingen, zoals metingen die gebruik maken van ultrasoonsensoren. Dit komt doordat de radar niet wordt beïnvloed door temperatuur en andere externe omstandigheden, waardoor het een meer consistente meting kan leveren.

Met contactloze radarmetingen kunnen tegenwoordig eigenlijk alle soorten media, zowel vaste stoffen als vloeistoffen, gemeten worden. Radarsensoren zijn bovendien eenvoudig te installeren, omdat er niet altijd draden of kabels op de tank hoeven te worden aangesloten. Dit maakt het in veel gevallen gemakkelijker te monteren en te onderhouden dan andere typen niveausensoren.

Bovendien zijn radarsystemen zeer betrouwbaar en duurzaam en kunnen ze langere tijd meegaan, zonder dat ze vervangen of gerepareerd hoeven te worden.

Zwarte Woud

Een belangrijke leverancier van sensoren voor niveaumeting op basis van radartechnologie is VEGA. Het bedrijf is in 1959 opgericht in het Duitse Zwarte Woud. Inmiddels is VEGA uitgegroeid tot een internationale speler, met een netwerk van dochterondernemingen en distributeurs in meer dan tachtig landen, waar ruim 2100 mensen werken aan het ontwikkelen, produceren en vermarkten van niveau-, schakel- en drukmeettechniek.

Eigen radarchip

Met de introductie van de Vegapulssensoren op basis van 80 GHz (momenteel de hoogst haalbare zendfrequentie) begon enkele jaren geleden een nieuw tijdperk in de radarmeettechniek. De 80 GHztechnologie maakt namelijk een veel sterkere focussering van het zendsignaal mogelijk. Daardoor zijn meet- en stoorsignalen beter te scheiden. De meting wordt hierdoor vele malen betrouwbaarder en eenvoudiger.

De radarsensoren van VEGA met 80 GHz kunnen daardoor in tal van industriële toepassingen worden gebruikt. VEGA heeft dit portfolio aan radarsensoren inmiddels uitgebreid met een nieuwe compacte serie BASIC instrumenten, die ook geschikt zijn voor standaard toepassingen, zoals deze bijvoorbeeld in de procesautomatisering voorkomen. Procesmedia zijn vaak moeilijk te detecteren. Hier hebben sensoren een veel hogere signaalgevoeligheid nodig.

De 80GHz-technologie maakt een veel sterkere focussering van het zendsignaal mogelijk

Daarom heeft VEGA een eigen radarmicrochip ontwikkeld, die speciaal voor de eisen in de niveaumeting is geoptimaliseerd. Deze chip vormt het hart van de nieuwe sensoren. Dankzij het kleine formaat, de geringe energiebehoefte en de optimalisering van de frequentiebereiken zijn nu zeer compacte sensoren mogelijk. Deze zijn duidelijk voordeliger dan de tot nu toe gebruikte ultrasoontechniek, waardoor deze in vrijwel iedere toepassing door radarmeting kan worden vervangen.

Zoals gezegd kennen 80 GHzradarsensoren een zeer goede signaalfocussering. Deze wordt niet beïnvloed door temperatuurschommelingen waardoor zij betrouwbare meetwaarden leveren ongeacht de omgevingsomstandigheden.

Geen invloed

Vanwege hun fysische meetprincipe zijn ultrasoonsensoren daarentegen gevoelig voor externe invloeden. De reden hiervan is dat de geluidslooptijd verandert bij temperatuurschommelingen, door bijvoorbeeld zonnestraling en gassamenstelling. Ook bij sterke nevelvorming worden de geluidsgolven extra gedempt en wordt het meetbereik verder ingeperkt. Radarsensoren worden echter niet beïnvloed door temperatuur, druk of vacuüm en leveren bij alle omgevingsomstandigheden correcte meetwaarden.

Afhankelijk van het proces komen de sensoren in bepaalde toepassingen ook wel onder water te staan. Ultrasoonsensoren worden daarom vaak beschermd door mechanische overstromingshulzen. Dergelijke onderdelen vervuilen snel en dat heeft een negatieve invloed op de betrouwbaarheid van de meting. Radarsensoren hebben geen dode band, hebben geen beschermhuls nodig en meten ook bij overstroming betrouwbaar. Radarsensoren maken een betrouwbare meting mogelijk tot de sensorantenne, ook bij overvulling van een tank of container.

Vegapuls Basic radarsensor op additieventank bij fabrikant voor aardappelproducten (foto: VEGA). Tekst gaat verder onder de foto.

Sensoren in frietfabriek (© VEGA)

Aangroei

In veel toepassingen hebben sensoren te kampen met aangroei. Juist bij ultrasoonsensoren wordt daardoor de betrouwbaarheid van het meetsignaal beïnvloed en de dode band vergroot. Door een geoptimaliseerde signaalverwerking kunnen radarsensoren storingen onderdrukken die ontstaan door aangroei op het antennesysteem. Radarsensoren zijn daardoor ongevoelig voor verontreinigingen en behoeven zelf ook niet te worden gereinigd.

Dankzij de 80 GHztechnologie kan het radarsignaal vrijwel tot op de millimeter nauwkeurig op het te meten medium worden gericht. Daardoor ontstaan er ook bij ingebouwde obstakels, zoals buizen of pompen, in nauwe schachten of bij aangroei op wanden, geen stoorsignalen. Anders dan bij ultrasoonsensoren is er geen stoorsignaalonderdrukking nodig. Radarsensoren kunnen ook bij weinig inbouwruimte en ingebouwde obstakels worden ingezet.

De output van VEGA's radarsensoren is beschikbaar via 4-20 mA HART, ofwel de standaard analoge signaaltransmissiestandaard voor industriële instrumentatie. Het is daarnaast mogelijk om extra informatie te verzamelen zoals de temperatuur van de elektronica of de signaalsterkte. ●

Altijd op de hoogte blijven?