Radar-Füllstandsmessung

Radar-Füllstandsmessung

Radar-Füllstandsmessung:

Vorteile gegen­über der Füll­stands­messung mit Ultra­schall und Laser

In der Industrie kommen verschiedene Methoden und Füllstandsensoren zum Einsatz, um den Füllstand von Flüssigkeiten oder Schüttgut in Behältern zu messen und zu überwachen. Weit verbreitet sind Ultraschall und Laser, doch stoßen beide Verfahren je nach Anwendungsgebiet an Grenzen. Weniger bekannt ist, dass die Radar-Füllstandsmessung in einigen Fällen eine gute Alternative zu den bestehenden Methoden ist und je nach Anwendungsfall sogar zuverlässiger und sicherer arbeitet.

Die Auswahl der geeigneten Füllstandsmesstechnologie hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Art des Mediums, Umgebungsbedingungen und die spezifischen Anforderungen des Prozesses. Während die Radar-Füllstandsmessung aufgrund ihrer hohen Präzision und Zuverlässigkeit in vielen industriellen Anwendungen bevorzugt wird, bieten Ultraschall- und Laser-Messverfahren effektive Alternativen für spezifische Anforderungen.

Grund­lagen der Radar-Füll­stands­messung

Die Radar-Füllstandsmessung verwendet elektromagnetische Wellen, typischerweise im Mikrowellenbereich, um den Füllstand von Flüssigkeiten und Feststoffen zu ermitteln. Diese Wellen werden von der Oberfläche des Mediums reflektiert und von einem Empfänger erfasst. Das modulierte Ausgangsignal wird mit den empfangenen Reflexionen verglichen, um den Füllstand präzise zu berechnen.

Vorteile der Radar-Füllstandsmessung

  • Hohe Genauigkeit
    Radar-Technologie bietet eine außergewöhnliche Präzision, selbst unter schwierigen Bedingungen wie Dampf, hohem Druck oder extremen Temperaturen.

  • Vielseitigkeit
    Sie kann für eine breite Palette von Stoffen verwendet werden, einschließlich korrosiver, schäumender oder aggressiver Flüssigkeiten.

  • Zuverlässigkeit
    Die Technologie ist robust gegenüber äußeren Einflüssen, was sie ideal für anspruchsvolle industrielle Anwendungen macht.

  • Wartungsarm
    Da Radar-Systeme berührungslos arbeiten, ist der Wartungsaufwand erheblich reduziert.

  • Verbauung
    Ein Radar-Füllstandsensor braucht wenig Platz und kann auch vollgekapselt innerhalb oder außerhalb des Behälters verbaut werden.

Anwendungsbereiche der Radar-Füllstandsmessung

Design und Betrieb eines Radarsystems

Ein Radar besteht aus einem Sender und einem Empfänger – beide ausgestattet mit einer oder mehreren Antennen und einem Signalverarbeitungssystem. Der Sender tastet die Umgebung aktiv mit elektromagnetischen Wellen ab, die sich mit konstanter Geschwindigkeit ausbreiten und von Objekten reflektiert werden. Die reflektierten Echos werden empfangen und mit Hilfe des Signalverarbeitungssystems aufgabenspezifisch ausgewertet. Unterschiede zwischen den gesendeten Wellen und den reflektierten Echos können genutzt werden, um statische oder bewegliche Objekte zu erkennen und andere Parameter wie Entfernung, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung oder sogar Position zu berechnen.

Merkmale der Radar­technologie

Radar bietet gegenüber anderen Sensortechnologien zur Umgebungserfassung zahlreiche Vorteile und zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

  • Berührungsloses Scannen auch über große Entfernungen
  • Gesammelte Daten sind anonym und nicht kompromittierend wie Bild- oder Tondaten

  • Allwetterfähigkeit

  • 3D-Positionsbestimmung und Verfolgung von Objekten durch mehrdimensionale Antennendesigns

  • Materialdurchdringungsfähigkeit ermöglicht verdeckte und auch vollgekapselte Installation

Hochintegrierte Radarsensoren

Heute sind vollständig integrierte Radarsensoren von zahlreichen Sensorenherstellern erhältlich, auch mit integrierten Antennen auf dem Chip. Diese sehr kleinen Radarsensoren auf Chip-Basis, in der Regel kleiner als eine Briefmarke, eignen sich ideal für die Integration in eingebettete Systeme für verschiedene Anwendungen, auch bei sehr begrenztem Einbauraum.

Vergleich: Radar, Laser & Ultra­schall bei der Füll­stands­messung

 

  Radar Laser Ultraschall
Übertragungs- und Empfangsmethode Aktiv Aktiv Aktiv
Frequenzbereich Mikrowellen (30 MHz – 300 GHz) Nicht-sichtbarer Lichtbereich Nich-hörbarer Schallbereich
Erkennungsmethode Analyse der empfangenen Echos Analyse der empfangenen Echos Analyse der empfangenen Echos
Messparameter

Objekterkennung durch:

  • Entfernung
  • Geschwindigkeit
  • Bewegungsrichtung
  • Winkel

Objekterkennung durch:

  • Entfernung
  • Geschwindigkeit
  • Bewegungsrichtung

Objekterkennung durch:

  • Entfernung
    (nur Triangulation)
  • Geschwindigkeit
    (nur Doppler)
  • Bewegungsrichtung
    (nur Doppler)
Messbereichstrennung

Bis zu 1.000 Meter Trennung nach:

  • Entfernung
  • Geschwindigkeit
  • Winkel

Bis zu 3.000 Meter Trennung nach:

  • Entfernung
  • Winkel

Keine Trennung nach:

  • Geschwindigkeit

Bis zu 8 Meter Trennung nach:

  • Abstand

Keine Trennung nach:

  • Geschwindigkeit
  • Winkel
Widerstandsfähigkeit gegen atmosphärische Einflüsse Allwettertauglich

Möglicherweise reduzierte Reichweite bei:

  • Nebel/Dampf
  • Rauch
  • Staub

Empfindlich gegenüber Änderungen von:

  • Windgeschwindigkeit
  • Temperatur
Vorteile
  • Hervorragender Abstand
  • Hohe Reichweite
  • Allwettertauglichkeit
  • 3D-Tracking möglich
  • Durchdringt nichtmetallische Materialien
  • Sensoren können verdeckt installiert werden
  • Wartungsfreie Sensoren
  • Gute Trennung
  • Hohe Reichweite
  • 3D-Tracking möglich
  • Trennung nach Entfernung
  • Angemessene Systemkosten
Nachteile
  • Hohe Auflösung erfordert eine hohe Bandbreite
  • Moderate Systemkosten
  • Erfordert Sonsormechanik, z.B. Linsensysteme
  • Komplizierte Methoden für Winkelauflösung erforderlich
  • Hoher Stromverbrauch
  • Teilweise anfällig für atmosphärische Störungen
  • Hohe Systemkosten
  • Geringe Reichweite
  • Erfordert Kontakt mit dem Medium Luft
  • Anfällig für atmosphärische Störungen

Methoden zur Füllstandsmessung: Die Unterschiede im Detail

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