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Mit 80 GHz in die Zukunft: Neuer Radarfüllstandsensor für Flüssigkeiten

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15.04.2016 Mit dem VEGAPULS 64 ist eine neue Ära in der Radarmesstechnik angebrochen. Die einzigartige Fokussierung setzt ein Ausrufezeichen in der Füllstandmessung für Flüssigkeiten.

Entscheider-Facts

Für Betreiber

  • Das neue Radar-Füllstandmessgerät Vegapuls 64 arbeitet mit einer Signalfrequenz von 80 GHz. Dadurch ist die Messkeule enger fokussiert (3°), als bei den bisher üblichen 26 GHz-Geräten (10°).
  • Die engere Fokussierung führt dazu, dass die Messung auch in Behältern mit komplexen Geometrien und Einbauten gelingt.
  • Die große Dynamik in Verbindung mit dem fokussierten Strahl ermöglicht es, sehr kompakte Sensoren und Antennen zu bauen.

So können Behältereinbauten wie Heizschlangen, Stromstörer oder Rührflügel zu störenden Reflexionen führen. Und immer häufiger werden die Sensoren nicht direkt auf dem Behälter installiert, sondern es wird ein Stutzen oder Kugelhahn zwischen Sensor und Behälter montiert, was häufig zu Störreflexionen und Einschränkungen beim Messbereich führt.

Um die Gründe dafür zu verstehen, hilft es, sich einige Grundlagen der Freistrahl-Radarmessung zu vergegenwärtigen. Das Mess­prinzip beruht auf der Messung der Laufzeit eines Radar-Signals (Mikrowelle), das an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert wird. Beim Puls-Radar besteht das Radarsignal aus kurzen Pulsen, der Füllstand wird aus der Laufzeit der Pulse vom Sender über die reflektierende Oberfläche und zurück zum Empfänger ermittelt. Im Gegensatz zum Puls-Radar liegt beim FMCW-Gerät das Signal kontinuierlich an, die Frequenz wird jedoch moduliert.

Der Radarstrahl tritt vom Sensor mit einem definierten Öffnungswinkel aus: Wie groß dieser ist, d.h., wie scharf fokussiert er auf die zu messende Oberfläche auftrifft, hängt von der Sendefrequenz und der Antennenfläche ab. Je höher die Frequenz und je größer die Antenne, desto besser die Fokussierung. Trifft der Radarstrahl auf Behältereinbauten, dann entstehen Reflexionen, die – wenn sie groß genug sind – vom Sensor als Messsignal fehlinterpretiert werden können. Dieser meldet oder zeigt dann unter Umständen nicht die Füllhöhe, sondern die Position beispielsweise eines Rührflügels.

Bei einem in der Flüssigkeitsmessung üblichen 26-GHz-Füllstandradar (Abstrahlwinkel 10°) wächst der Durchmesser der Signalkeule in 2 m Entfernung vom Sensor um mehr als 75 cm. Um das Signal zu fokussieren, werden deshalb Antennen – beispielsweise Hornantennen – eingesetzt. Doch je größer die Antenne, desto größer wird der Abstand zwischen Sensor und Oberfläche, was vor allem auch bei kleinen Behältern ungünstig ist.

„Gamechanger“ für die
Füllstandmessung

Der Füllstand- und Druckmesstechnikspezialist Vega hat nun ein Radar-Füllstandmessgerät für Flüssigkeiten entwickelt (Vegapuls 64), das mit einer Frequenz von 80 GHz arbeitet. Mit einem Abstrahlwinkel von 3° erlaubt der auf der Plics-Plattform des Herstellers basierende Sensor die Messung von schwierigen Medien und den Einsatz bei komplexen Behältergeometrien.

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