Parâmetros de especificação para medidores/transmissores de nível por radar: constante dielétrica, frequência de operação, zona morta, eco, ângulo do feixe e distância máxima de medição.

Os medidores de nível por radar permitem a medição de nível sem contato em quaisquer condições de processo. O medidor transmite sinais de micro-ondas de cima para baixo, em direção ao meio, que são então refletidos de volta pela superfície. Com base nos sinais recebidos, o medidor determina a distância até o meio e calcula uma medição de nível precisa.

Independentemente de suas necessidades de medição envolverem líquidos, sólidos, temperaturas altas ou baixas, ou substâncias corrosivas, os medidores de nível por radar podem atender a todas as suas aplicações.

Durante a operação prática de medidores de nível por radar, os usuários frequentemente se deparam com terminologia confusa no manual de instruções. Este artigo irá guiá-lo pelos termos técnicos mais comuns para aumentar seu conhecimento.

I. Constante dielétrica

A constante dielétrica, ou permissividade relativa, é uma grandeza adimensional representada pela letra grega ε. Ela representa a razão entre a capacitância em um capacitor que utiliza um determinado material como dielétrico e a capacitância no vácuo, servindo como uma medida da capacidade de uma substância de reter carga elétrica.

Em medidores de nível por radar, a constante dielétrica é crucial para determinar o tipo e as propriedades do material medido. Materiais diferentes apresentam constantes dielétricas variáveis ​​devido a diferenças na estrutura molecular e na composição. Geralmente, materiais com constantes dielétricas mais altas respondem mais fortemente a campos elétricos, enquanto aqueles com constantes mais baixas respondem mais fracamente.

II. Frequência de operação

A frequência de operação de um medidor de nível por radar refere-se à faixa de frequência na qual ele transmite ondas de radar. Os medidores de nível por radar podem ser classificados como de alta ou baixa frequência, com base em sua frequência de transmissão. Os radares de baixa frequência operam na faixa de 100 MHz a 8 GHz, enquanto as unidades que transmitem acima de 8 GHz até 120 GHz são classificadas como medidores de nível por radar de alta frequência.

Em aplicações práticas de engenharia, os medidores de nível por radar de baixa frequência são empregados principalmente para medir líquidos e em ambientes que exigem faixas de medição pequenas. O radar de alta frequência, devido a vantagens como maior potência de saída, alcança faixas de medição maiores e é aplicável a uma variedade maior de condições operacionais. As ondas de radar emitidas pelos medidores de nível por radar de alta frequência demonstram desempenho de medição superior em comparação com o radar de baixa frequência ao lidar com superfícies irregulares, como materiais sólidos, pós e substâncias granulares.

A frequência de operação impacta significativamente o desempenho e a aplicação dos medidores de nível por radar, conforme demonstrado abaixo:

Capacidade de penetração: Quanto maior a frequência de operação, menor a capacidade de penetração da onda de radar. No entanto, ondas de radar de alta frequência sofrem maior atenuação ao atravessar líquidos ou materiais sólidos. Consequentemente, em certas circunstâncias, transmissores de nível por radar de baixa frequência podem ser mais adequados para medir materiais mais densos.

Precisão da medição: Ondas de radar de alta frequência possuem comprimentos de onda mais curtos, oferecendo assim maior precisão de medição. Em contrapartida, ondas de radar de baixa frequência podem ser mais suscetíveis a interferências, comprometendo potencialmente a precisão da medição.

III. Zona Cega

A zona cega de um medidor de nível por radar refere-se à área onde as ondas de radar não podem ser medidas com precisão, tipicamente situada perto da antena do radar. Este fenômeno surge da estrutura física do radar e das características de propagação do sinal. Especificamente, manifesta-se como uma incapacidade de detectar com precisão o alvo ou medir a posição de um objeto dentro de um determinado alcance; a precisão da medição só pode ser garantida quando o objeto se move para além desse alcance.

A zona cega pode surgir de múltiplos fatores, incluindo condições geográficas, características de propagação de ondas eletromagnéticas, velocidade do alvo e a própria unidade de radar. Essa zona impacta significativamente a precisão da medição dos medidores de nível por radar, tornando a seleção de produtos com uma zona cega menor crucial durante a especificação.

A. Ajuste de faixa; B. Ajuste de limite inferior (ponto de referência de 4 mA); C. Ajuste de limite superior (ponto de referência de 20 mA); D. Banda morta

Os principais motivos para a existência de pontos cegos incluem:

Efeito de campo próximo: Na região de campo próximo adjacente a uma antena de radar, as características de propagação do sinal diferem daquelas na região de campo distante. Isso pode resultar em atenuação do sinal ou reflexões ambíguas, criando assim pontos cegos.

Projeto da antena: O projeto e a configuração de uma antena de radar influenciam a formação de pontos cegos. Por exemplo, certas estruturas de antena podem apresentar um feixe de radiação mais amplo em direções específicas, resultando em pontos cegos maiores nessas direções.

Ângulo do feixe: O ângulo do feixe das ondas de radar também influencia o tamanho da zona cega. Um ângulo de feixe mais estreito normalmente cria zonas cegas maiores, pois as ondas de radar tornam-se mais suscetíveis a obstruções ou interferências, impedindo-as de atingir as áreas-alvo.

Interferência ambiental: O ambiente de instalação e operação também afeta as zonas cegas dos transmissores de nível por radar. Por exemplo, estruturas metálicas ou outros obstáculos podem causar reflexões ou atenuação ao longo do caminho de propagação da onda de radar, resultando em zonas cegas nessas áreas.

IV. Eco

O princípio de funcionamento dos medidores de nível por radar baseia-se na ecolocalização. O sinal emitido pelo medidor de nível por radar é refletido pela superfície do material, formando um sinal recebido. A diferença de tempo entre as ondas transmitida e recebida é diretamente proporcional à distância entre a superfície do material e a antena. Medindo o tempo de propagação, é possível determinar a posição e a altura do material.

V. Ângulo do feixe

O ângulo do feixe é um parâmetro fundamental para avaliar a direcionalidade e o alcance de varredura de um feixe de radar. O ângulo do feixe de um medidor de nível de radar, também conhecido como largura do feixe da antena, indica a faixa angular de radiação primária do feixe eletromagnético emitido pela antena do radar. Ele determina a cobertura espacial e a direcionalidade do sistema de radar.

Quando o ângulo do feixe é pequeno, a direcionalidade do radar é mais precisa, com um alcance de recepção ou transmissão relativamente estreito; inversamente, quando o ângulo do feixe é grande, a direcionalidade do radar torna-se mais dispersa, com um alcance de recepção ou transmissão mais amplo.

Um ângulo de feixe maior tem maior probabilidade de encontrar obstáculos, resultando em ecos falsos.

Um ângulo de feixe mais estreito implica em menos interferência.

VI. Alcance

O alcance de um medidor de nível por radar refere-se à distância máxima e mínima dentro da qual ele pode realizar medições eficazes.

Longo alcance: Refere-se à distância máxima que um medidor de nível por radar pode medir. Normalmente, o longo alcance depende de fatores como a potência da onda de radar, a frequência, o projeto da antena e as condições ambientais. Medidores de nível por radar com maior potência e frequência geralmente conseguem cobrir distâncias maiores.

Curto alcance: Refere-se à distância mínima que um medidor de nível por radar consegue medir. Dentro do alcance operacional do medidor, geralmente existe uma zona cega de curto alcance onde o sistema de radar não consegue determinar com precisão a distância ou a altura dos objetos. O curto alcance é influenciado por fatores como o projeto da antena, o ângulo do feixe e as capacidades de processamento de sinal do medidor de nível por radar.

A determinação dos alcances curto e longo é crucial para a aplicação de medidores de nível por radar. Ao selecionar e implantar medidores de nível por radar, é necessário estabelecer parâmetros adequados de alcance curto e longo com base nos requisitos reais da aplicação e nas características do cenário, para garantir que o sistema de radar possa atender com eficácia às demandas de medição e monitoramento.