Von den beiden heute am häufigsten angewendeten Radar-Technologien arbeitet Magnetrol mit dem Impulsradar-Verfahren anstatt mit dem FMCW-Radar (frequenzmodulierter Dauerstrichradar). Der Impulsradar arbeitet im Zeitbereich, und sein Betrieb ist nicht so kompliziert und teuer wie der des FMCW-Radars.
Weil Echos zeitlich diskret und getrennt sind, ist der Impulsradar effizienter, wenn es ums Sortieren von Fremdechos und Auswählen des Echos geht, das vom tatsächlichen Füllstand erzeugt wurde. Impulsradar bietet zudem ausgezeichnete Mittelbildungseigenschaften, die bei Anwendungen wichtig sind, bei denen das Rücklaufsignal von den nachfolgend in „Die drei Ds des Radar“ beschriebenen Faktoren gedämpft wird.
Anders als echte Impulsgeräte, die eine einzige, scharfe (schnell ansteigende) Wellenform mit Breitbandenergie aussenden, sendet der Impulsradar kurze Impulse von 5,8 (Europa) bzw. 6,3 GHz (Nordamerika) aus und misst die Übertragungsdauer des Signals, das von der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert wird. Die Distanz wird anhand der folgenden Gleichung berechnet:
Distanz = C x Übertragungsdauer/2 (C = Lichtgeschwindigkeit)
Danach wird unter Einbeziehung der Behälterhöhe und der Sensor-Offset-Informationen der Füllstandermittelt. Der genaue Referenzpunkt für Distanz- und Füllstandberechnungen ist der Sensorreferenzpunkt an einem NPT-Gewinde (unten), BSP-Gewinde (oben) oder Flansch (vorne).
Equivalent Time Sampling – Equivalent Time Sampling bzw. ETS wird zur Messung von niedriger elektromagnetischer (EM) Hochgeschwindigkeits-Energie eingesetzt. ETS ist für die Anwendung der Radartechnologie in der Füllstandmessung für Behälter von wesentlicher Bedeutung. Elektromagnetische Hochgeschwindigkeits-Energie lässt sich über kurze Distanzen und mit der in der Verfahrensindustrie erforderlichen Auflösung nur schwer messen.
ETS erfasst die EM-Signale in Echtzeit (Nanosekunden) und wandelt sie in Äquivalentzeit (Millisekunden) um, die sich mit der heutigen Technologie wesentlich leichter messen lässt. ETS erfolgt durch Scannen der Sonde, um so Tausende von Abtastungen durchzuführen. Das Umlaufecho bei einem Behälter von 20 m benötigt lediglich 133 Nanosekunden in Echtzeit. Nach Umwandlung in Äquivalentzeit benötigt es 200 Millisekunden.
Die „Drei Ds des Radar“ – Radaranwendungen werden von drei grundlegenden Bedingungen beeinflusst: (1) Epsilonwert (Dielectric) des Prozessmediums; (2) Distanz (Distance) bzw. Messbereich der Anwendung; und (3) verschiedene Störungen (Disturbances), die das Radarsignal dämpfen oder stören.
Medien mit niedrigem Epsilonwert können das Rücklaufsignal des Radars schwächen und so den effektiven Messbereich des Geräts verkleinern. Impulsradar bietet präzise Messungen selbst bei niedrigem Epsilonwert, bei Anwendungen mit extrem niedrigem Epsilonwert – etwa bei Flüssiggas, Kraftstoffen und Lösungsmitteln – ist jedoch u.U. Guided Wave Radar die geeignetere Radartechnologie.
Die Distanz bzw. der Messbereich des Impulsradars hängt vom gewählten Antennentyp, der Dielektrizitätskonstante der Medien und eventuell vorhandenen Signalstörungen ab. Störungen aufgrund von Turbulenzen, Schaum, Falschzielen (Störobjekten im Behälter, die Falschechos erzeugen), Mehrfachreflexionen (Reflexionen vom Behälterdach) oder starke Füllstandschwankungen können die Radarsignale schwächen, zerstreuen oder vervielfachen. Auch sehr hohe oder sehr niedrige Flüssigkeitsfüllstände können Probleme verursachen.
Signalbearbeitung – Die Signalbearbeitungsfunktion von Radar ist von wesentlicher Bedeutung, weil Radar Interferenzwirkungen ähnlich denjenigen zeigt, die Licht beeinträchtigen. Tatsächlich ist es die Qualität der Signalbearbeitung eines Gerätes, die den Unterschied zwischen den heute führenden Radarmessumformern und anderen Geräten ausmacht.
Impulsradar unterscheidet dank seiner ausgefeilten Signalbearbeitungsfunktion den wahren Füllstand von Falschzielen und anderem Hintergrundrauschen. Die Impulsradar-Schaltung ist äußerst energiesparend, sodass kein Tastverhältnis für eine wirksame Messung erforderlich ist. Aus diesem Grund kann der Impulsradar auch starke Schwankungsraten bewältigen, bei denen andere elektronische Radarmessumformer versagen. Der Impulsradar verfügt zwar über leistungsfähige Funktionen zum Erkennen und Abweisen von Falschzielen, das Verringern von Falschzielreflexionen hängt jedoch in hohem Maße von einer korrekten Installation und Ausrichtung ab.
Antennen – Die Antennen des Messumformers senden und empfangen das Radarsignal. Magnetrols Impulsradar ist mit vier Antennentypen erhältlich: Epsilon-Stabantennen aus Teflon und Polypropylen sowie 100-mm- und 150-mm-Hornantennen. Der maximale Messbereich jeder Antenne hängt in erster Linie von der Dielektrizitätskonstante und dem Turbulenzgrad ab. Beide Typen tolerieren maximale Prozesstemperaturen bis +200°C und Druck bis 52 bar. Hornantennen messen Medien mit einem Epsilonwert ab 1,7 aufwärts, Stabantennen ab 2,0 aufwärts. Die Epsilon-Stabantennen aus PP (Polypropylen) oder TFE (Teflon) tolerieren auch äußerst korrosive Medien. Sowohl TFE- als auch PP-Epsilon-Stabantennen werden mit Montagemutter aus Kynar für den Einsatz in nicht-metallischen Behältern angeboten, in denen Metallflächen nicht zugelassen sind.
Vorteile – Impulsradar misst präzise und zuverlässig ein breites Spektrum an Medien unter den verschiedensten Prozessbedingungen: von ruhigen Produktflächen und Medien auf Wasserbasis bis hin zu turbulenten Flächen und korrosiven Kohlenwasserstoff-Medien. Als berührungsloses Gerät ist der Impulsradar nicht von den Komplikationen betroffen, die entstehen, wenn eine Sonde die Prozessmedien berührt, so etwa Ansatzbildung durch viskose Medien oder Korrosion durch korrosive Chemikalien. Je größer der Messbereich ist, desto mehr erweist sich Radar angesichts der Kosten von Sonden mit erweiterten Längen als wirtschaftliche Lösung. Radar bleibt nahezu unbeeinflusst von Temperatur, Druck, vorhandenen Dämpfen oder Luftbewegungen im freien Raum eines Behälters. Veränderungen der Dichte, der Leitfähigkeit oder der Dielektrizitätskonstante haben ebenfalls keine Auswirkungen auf die Genauigkeit der Messungen. Als vollkommen elektronisches Gerät zeigt sich das Fehlen beweglicher Teile in geringen Wartungskosten. Als elektronischer 2-Leitermessumformer sind Leistungsbedarf und Installation äußerst einfach.
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