Radar-Füllstandsensoren arbeiten berührungslos und sind deshalb für viele Tanks und Prozessbehälter eine attraktive Lösung. Bei Wasser, wässrigen Medien oder anderen gut reflektierenden Flüssigkeiten ist die Messung meist vergleichsweise unkritisch. Schwieriger wird es bei Medien mit einer niedrigen Dielektrizitätszahl, beispielsweise bestimmten Ölen, Kraftstoffen, Kohlenwasserstoffen, Lösungsmitteln oder verflüssigten Gasen.
Das Problem ist nicht, dass solche Medien grundsätzlich kein Radarsignal reflektieren. Die Reflexion an der Produktoberfläche ist lediglich schwächer. Gleichzeitig können Einbauten, Behälterwand, Stutzen oder insbesondere ein metallischer Behälterboden sehr starke Echos erzeugen. Der Sensor muss deshalb das tatsächliche Füllstandecho zuverlässig von allen anderen Signalen unterscheiden können.
Für die Auswahl eines Radarsensors reicht die Frage:
Wie groß ist der maximale Messbereich?
daher nicht aus.
Mindestens ebenso wichtig sind:
- Dielektrizitätszahl des Mediums,
- erwartete Stärke des Produktechos,
- Messdistanz,
- Antennengröße und Abstrahlwinkel,
- Radarfrequenz,
- Montageposition,
- Behältergeometrie und Einbauten,
- Oberflächenbewegung, Schaum und Kondensation,
- Störechos und deren Abstand zum Produktecho,
- verfügbare Echoreserve.
Ein nomineller Messbereich von beispielsweise 30 m bedeutet nicht automatisch, dass jedes Medium über 30 m zuverlässig gemessen werden kann. Bei schwach reflektierenden Medien muss ausreichend Signalreserve für die tatsächliche Anwendung vorhanden sein.
Was bedeutet die Dielektrizitätszahl bei Radar?
Radarsensoren senden elektromagnetische Wellen in Richtung Produktoberfläche. Ein Teil dieser Energie wird an der Grenzfläche zwischen Gasraum und Medium reflektiert und zur Antenne zurückgesendet.
Wie stark diese Reflexion ausfällt, hängt unter anderem von den elektromagnetischen Eigenschaften des Mediums ab. Eine besonders wichtige Größe ist die relative Permittivität:
εr
Sie wird in der Füllstandmesstechnik häufig vereinfacht als:
Dielektrizitätszahl
oder:
DK-Wert
bezeichnet.
Je stärker sich die elektromagnetischen Eigenschaften von Gasraum und Medium unterscheiden, desto stärker kann die Reflexion an der Oberfläche ausfallen.
Wasser und viele wasserhaltige Flüssigkeiten reflektieren Radarenergie stark. Zahlreiche Kohlenwasserstoffe, Öle und organische Lösungsmittel besitzen dagegen deutlich niedrigere Dielektrizitätszahlen und erzeugen entsprechend schwächere Oberflächenechos.
Die Dielektrizitätszahl ist allerdings keine unveränderliche Materialkonstante für jede beliebige Bedingung. Sie kann unter anderem von:
- Temperatur,
- Zusammensetzung,
- Konzentration,
- Messfrequenz
abhängen.
Bei wechselnden Produktgemischen sollte deshalb nicht ausschließlich mit einem einzelnen Tabellenwert gerechnet werden. Für die Auslegung ist insbesondere der ungünstigste zu erwartende Betriebszustand interessant.
Warum niedrige Dielektrizitätszahlen schwächere Echos erzeugen
Für eine ideal ebene Grenzfläche lässt sich die Größenordnung der Reflexion vereinfacht aus dem Unterschied der elektromagnetischen Eigenschaften abschätzen.
Der für die Praxis wichtige Zusammenhang lautet:
Je näher die Dielektrizitätszahl des Mediums an der des Gasraums liegt, desto kleiner ist der Anteil der Radarenergie, der an der Produktoberfläche reflektiert wird.
Ein Teil der ausgesendeten Radarenergie dringt dann in das Medium ein.
Das allein muss noch kein Messproblem darstellen. Moderne Radarsensoren können sehr kleine Signale auswerten. Kritisch wird die Anwendung jedoch, wenn gleichzeitig:
- eine große Messdistanz vorliegt,
- die Produktoberfläche unruhig oder geneigt ist,
- Einbauten starke Störechos erzeugen,
- die Antenne ungünstig ausgerichtet ist,
- der Radarstrahl die Behälterwand trifft,
- die Antenne verschmutzt oder stark kondensiert ist,
- ein stark reflektierender metallischer Tankboden hinter dem Medium liegt.
Die Anwendung muss daher als vollständiger Signalweg betrachtet werden.
Was ist die Echoreserve?
Der Sensor muss nicht nur irgendein Echo empfangen. Er muss das Produktecho zuverlässig erkennen und von Störechos sowie vom Signalgrund unterscheiden können.
Vereinfacht kann man sich die Echoreserve als Abstand zwischen:
verfügbarem Produktecho
und:
erforderlicher Erkennungsschwelle beziehungsweise störenden Signalen
vorstellen.
Je größer dieser Abstand ist, desto robuster arbeitet die Messstelle gegenüber Veränderungen.
Reserve wird beispielsweise benötigt für:
- wechselnde Produkteigenschaften,
- Temperaturänderungen,
- Kondensation,
- Ablagerungen an der Antenne,
- Turbulenz,
- Schaumbildung,
- unterschiedliche Befüllzustände,
- bewegte oder geneigte Produktoberflächen.
Die konkrete Darstellung der Signalqualität ist herstellerabhängig. Je nach Gerät werden beispielsweise Echoamplitude, Signalqualität, Signal-Rausch-Abstand, Echokurve oder andere Diagnosewerte angezeigt.
Eine Aussage wie „der Sensor erkennt das Produkt gerade noch“ reicht für eine robuste industrielle Messung deshalb nicht aus. Auch im ungünstigsten Betriebszustand sollte noch eine ausreichende Signalreserve vorhanden sein.
Warum maximaler Messbereich und sicherer Messbereich nicht identisch sind
Im Datenblatt eines Radarsensors kann beispielsweise ein maximaler Messbereich von:
10 m
20 m
oder:
30 m
angegeben sein.
Dieser Wert beschreibt die grundsätzliche Leistungsfähigkeit des Geräts unter definierten Bedingungen.
Der tatsächlich nutzbare Bereich einer konkreten Messstelle hängt jedoch zusätzlich davon ab, wie viel Energie vom Medium zur Antenne zurückkehrt.
Mit zunehmender Entfernung wird die Messung anspruchsvoller
Der ausgesendete Radarstrahl breitet sich aus. Nur ein Teil der Energie trifft die relevante Produktoberfläche und nur ein Teil der reflektierten Energie gelangt wieder zur Antenne.
Ein sehr schwach reflektierendes Produkt in einem hohen Behälter stellt deshalb andere Anforderungen als dasselbe Medium in einem kleinen Tank.
Für kritische Anwendungen sollte die Auslegung daher nicht nach dem Schema:
Tankhöhe 18 m → Sensor mit 20 m Messbereich
erfolgen.
Zusätzlich müssen Medium, Antenne, Behältergeometrie und benötigte Echoreserve berücksichtigt werden.
Warum die Antennenwahl entscheidend ist
Die Antenne bestimmt wesentlich, wie die Radarenergie in den Behälter abgestrahlt und das reflektierte Signal wieder aufgenommen wird.
Eine größere beziehungsweise für die jeweilige Frequenz leistungsfähigere Antenne kann unter anderem:
- die Richtwirkung erhöhen,
- den Radarstrahl stärker bündeln,
- mehr nutzbare Energie auf die Produktoberfläche konzentrieren,
- die Empfindlichkeit gegenüber seitlichen Störechos reduzieren.
Bei schwach reflektierenden Medien kann eine leistungsfähigere Antennenausführung deshalb deutlich mehr Reserve liefern als eine möglichst kleine Prozessanbindung.
Das führt zu einem wichtigen Auswahlgrundsatz:
Die kleinste mechanisch mögliche Antenne ist nicht automatisch die beste Antenne.
Wenn der Prozessanschluss frei gewählt werden kann, sollte insbesondere bei:
- niedriger Dielektrizitätszahl,
- großer Messdistanz,
- unruhiger Oberfläche,
- komplexer Behältergeometrie
ausreichend Antennenreserve vorgesehen werden.
Welche Rolle die Radarfrequenz spielt
Moderne Füllstandradare arbeiten häufig im Bereich um 80 GHz. Gegenüber älteren Radarsystemen mit deutlich niedrigeren Frequenzen lässt sich damit bei vergleichbarer Antennengröße ein wesentlich stärker gebündelter Messstrahl erzeugen.
Das bringt insbesondere bei Behältern mit:
- Rührwerken,
- Heizschlangen,
- Verstrebungen,
- Leitungen,
- schmalen Behälterquerschnitten,
- Montagepunkten nahe der Behälterwand
deutliche Vorteile.
Ein schmalerer Strahl kann an solchen Hindernissen vorbeigeführt werden und reduziert damit die Zahl potenzieller Störechos.
Bei Medien mit niedriger Dielektrizitätszahl kann dies besonders wertvoll sein: Das schwache Produktecho muss dann gegen weniger starke Fremdechos konkurrieren.
Eine hohe Frequenz ist jedoch kein Ersatz für eine korrekte Auslegung. Ein Rohr oder Rührwerk direkt im Radarstrahl bleibt auch bei einem stark fokussierten Sensor ein möglicher Reflektor.
Abstrahlwinkel und Behältergeometrie richtig bewerten
Der Radarstrahl ist keine unendlich dünne Linie. Er besitzt einen definierten Öffnungswinkel.
Mit zunehmender Entfernung vom Sensor wächst dadurch der Durchmesser des erfassten Bereichs.
Vereinfacht kann der Strahldurchmesser aus:
D ≈ 2 × L × tan(α / 2)
abgeschätzt werden.
Dabei gilt:
D= ungefährer Strahldurchmesser,L= Entfernung vom Sensor,α= Abstrahlwinkel.
Beispiel
Bei einem Radar mit:
4° Abstrahlwinkel
beträgt der theoretische Strahldurchmesser in:
10 m Entfernung
ungefähr:
0,70 m
Damit lässt sich bereits während der Planung abschätzen, ob beispielsweise:
- eine Behälterwand,
- ein Rührwerk,
- eine Leiter,
- ein Zulaufrohr
in den relevanten Messbereich hineinragt.
Der geometrische Strahlkegel ist dabei nur eine Planungshilfe. Auch außerhalb des angegebenen Hauptstrahls existiert elektromagnetische Energie. Stark reflektierende Bauteile können deshalb unter ungünstigen Bedingungen weiterhin Einfluss auf die Echokurve haben.
Die richtige Einbauposition finden
Die Qualität einer Radarmessstelle wird häufig bereits durch die Wahl des Montagepunkts entschieden.
Ungünstig sind beispielsweise Positionen:
- direkt über einem Befüllstrom,
- unmittelbar neben einer Behälterwand, wenn der Strahl diese trifft,
- über Rührwerksblättern,
- oberhalb stark reflektierender Rohrleitungen,
- in sehr langen oder ungeeigneten Montagestutzen,
- an Stellen mit stark geneigter Produktoberfläche.
Bei niedriger Dielektrizitätszahl ist dies besonders wichtig, weil ein Störecho eines metallischen Einbauteils ohne Weiteres stärker sein kann als das eigentliche Füllstandecho.
Wenn mehrere Anschlusspositionen zur Verfügung stehen, sollte deshalb die Position gewählt werden, bei der der gesamte Radarstrahl über den vollständigen Messbereich möglichst frei auf die Produktoberfläche trifft.
Störechos richtig einschätzen
Typische Störreflektoren in Tanks und Prozessbehältern sind:
- Stutzen,
- Schweißnähte,
- Rührwerke,
- Heizschlangen,
- Leitungen,
- Verstrebungen,
- Leitern,
- Einbauten am Tankboden.
Moderne Radarsensoren können bekannte stationäre Störechos bei der Parametrierung ausblenden beziehungsweise ihre Echokurve entsprechend bewerten.
Eine Störechoausblendung sollte jedoch nicht dazu verwendet werden, eine grundsätzlich schlechte Einbauposition zu kompensieren.
Das Ziel ist zuerst:
möglichst gutes Produktecho + möglichst geringe Störechos
und erst anschließend:
Signalverarbeitung optimieren
.
Weitere Hinweise zur Parametrierung finden Sie im Beitrag SITRANS LR Radar parametrieren: Störechos, Nahbereich und Behältergeometrie richtig einlernen.
Warum niedrige Füllstände besonders kritisch sein können
Bei Medien mit niedriger Dielektrizitätszahl wird nur ein Teil der Radarenergie an der Produktoberfläche reflektiert. Ein weiterer Teil kann in das Medium eindringen.
Befindet sich darunter ein metallischer Tankboden, kann dieser einen Teil der Radarenergie sehr stark zurückreflektieren.
Der Sensor empfängt dann möglicherweise:
schwaches Echo der Produktoberfläche
und:
starkes Echo des Tankbodens
.
Bei höherem Füllstand liegen beide Signale zeitlich beziehungsweise räumlich ausreichend weit auseinander und können meist getrennt ausgewertet werden.
Bei nur wenigen Zentimetern Flüssigkeit können sich Produktecho und Tankbodenecho jedoch stark annähern.
Das ist eine der anspruchsvollsten Situationen bei der Radarmessung niedrig reflektierender Flüssigkeiten.
Mögliche Folgen sind:
- Anzeige des Tankbodens anstelle der Produktoberfläche,
- Sprünge des Messwerts bei niedrigem Füllstand,
- vorzeitige Anzeige „Tank leer“,
- ein praktisch nicht nutzbarer Bereich unmittelbar über dem Behälterboden.
Die zuverlässige Messung nahe dem Tankboden sollte deshalb bei solchen Medien ausdrücklich Teil der Auslegung und Inbetriebnahme sein.
Turbulenz, Schaum und bewegte Oberflächen
Die Dielektrizitätszahl beschreibt nicht allein die Qualität des Radarechos.
Eine glatte horizontale Flüssigkeitsoberfläche reflektiert einen großen Teil der nutzbaren Energie in Richtung der Antenne zurück.
Bei einer stark bewegten oder geneigten Oberfläche wird die Radarenergie dagegen teilweise in andere Richtungen reflektiert.
Ein ohnehin schwaches Echo kann dadurch nochmals kleiner werden.
Typische Ursachen sind:
- Rührwerke,
- starker Zulauf,
- Gasblasen,
- kochende Medien,
- Wellenbewegung,
- Schaum.
Schaum muss gesondert betrachtet werden. Seine Wirkung hängt stark von Struktur, Feuchte und Medium ab. Manche Schäume werden von Radar weitgehend durchdrungen, andere schwächen oder reflektieren das Signal deutlich.
Bei kritischen Anwendungen sollte deshalb nicht pauschal angenommen werden, dass Radar grundsätzlich „durch Schaum misst“.
Kondensation und Verschmutzung an der Antenne
Kondensation oder Produktablagerungen können die Abstrahlung und den Empfang des Radarsignals verändern.
Besonders relevant wird dies, wenn die Messstelle ohnehin nur eine geringe Echoreserve besitzt.
Bei der Geräteauswahl sollten deshalb unter anderem:
- Antennengeometrie,
- Material,
- Neigung beziehungsweise Ablaufeigenschaften,
- Prozesstemperatur,
- Reinigungsmöglichkeiten,
- Beständigkeit gegen das Medium
berücksichtigt werden.
Eine Messstelle, die mit sauberer Antenne gerade ausreichend funktioniert, kann nach einigen Monaten Betrieb durch eine dünne Ablagerung bereits instabil werden.
Auch hier zeigt sich, weshalb ausreichende Echoreserve wichtiger ist als eine ausschließlich unter Idealbedingungen funktionierende Messung.
Echoanalyse bei der Inbetriebnahme
Bei schwierigen Radaranwendungen sollte die Inbetriebnahme nicht mit der Kontrolle des 4…20-mA-Ausgangs enden.
Wenn das Gerät entsprechende Diagnosefunktionen bietet, sollte die tatsächliche Echokurve betrachtet werden.
Interessant sind insbesondere:
- Position des Produktechos,
- Amplitude beziehungsweise Qualität des Produktechos,
- stärkste Störechos,
- Abstand zwischen Nutz- und Störechos,
- Verhalten im Nahbereich,
- Verhalten nahe dem Tankboden,
- Änderung bei leerem und vollem Behälter.
Idealerweise wird nicht nur ein einziger Füllstand geprüft.
Besonders aussagekräftig sind:
- nahezu leerer Tank,
- mittlerer Füllstand,
- nahezu voller Tank,
- Befüllung,
- Entleerung,
- laufendes Rührwerk,
- typische Prozessbedingungen.
Dadurch lässt sich erkennen, ob das ausgewählte Echo über den gesamten Betriebsbereich stabil verfolgt wird.
Praxisbeispiel: Kohlenwasserstoff in einem Prozessbehälter
Ein Prozessbehälter enthält eine niedrig reflektierende Flüssigkeit auf Kohlenwasserstoffbasis. Die Tankhöhe beträgt 8 m. Im Behälter befinden sich ein seitliches Rohr und ein Rührwerk. Der Behälterboden besteht aus Stahl.
Die reine Betrachtung des Messbereichs würde zunächst nahelegen:
Radarsensor mit mindestens 8 m Reichweite auswählen
.
Für eine zuverlässige Auslegung reicht das jedoch nicht.
Schritt 1: Medium bewerten
Aufgrund der niedrigen Dielektrizitätszahl ist mit einem vergleichsweise schwachen Oberflächenecho zu rechnen.
Schritt 2: Messstrahl bewerten
Es wird eine Antenne beziehungsweise ein Radarsensor mit ausreichend engem Strahl gewählt, sodass das seitliche Rohr und das Rührwerk möglichst nicht im Hauptstrahl liegen.
Schritt 3: Montageposition optimieren
Der Sensor wird nicht unmittelbar neben dem Zulauf und nicht direkt über dem Rührwerk montiert.
Schritt 4: niedrigen Füllstand berücksichtigen
Da ein Teil der Radarenergie das Medium durchdringen kann, wird der Bereich unmittelbar über dem metallischen Tankboden besonders geprüft.
Schritt 5: Echoreserve kontrollieren
Bei der Inbetriebnahme wird die Echokurve bei unterschiedlichen Füllständen aufgezeichnet beziehungsweise kontrolliert.
Schritt 6: Störechos einlernen
Stationäre Reflektionen werden erst nach Optimierung der Montageposition gezielt über die Geräteparametrierung berücksichtigt.
Dieses Vorgehen bietet wesentlich mehr Sicherheit als die Auswahl allein anhand von:
Tankhöhe + nomineller Messbereich
.
Messung und Überfüllsicherung getrennt betrachten
Ein kontinuierlicher Radarsensor kann einen sehr zuverlässigen Füllstandwert liefern. Daraus folgt jedoch nicht automatisch, dass die Messstelle als unabhängige Überfüllsicherung oder Sicherheitsfunktion verwendet werden darf.
Bei kritischen Tanks muss deshalb geklärt werden:
- Dient die Radarmessung nur der Prozessregelung?
- Wird sie zusätzlich für einen Hochalarm verwendet?
- Ist eine unabhängige Grenzstanderfassung erforderlich?
- Bestehen SIL-, WHG- oder andere anlagenspezifische Anforderungen?
- Dürfen Messung und Abschaltung denselben Sensor verwenden?
Bei einer unabhängigen Schutzfunktion kann beispielsweise ein separater Grenzstandschalter erforderlich sein.
Ein gutes Radarecho ersetzt keine sicherheitstechnische Bewertung des vollständigen Schutzkreises.
Planungscheck für Medien mit niedriger Dielektrizitätszahl
- Medium und niedrigste zu erwartende Dielektrizitätszahl bestimmen.
- Minimalen und maximalen Füllstand festlegen.
- Entfernung vom Sensorreferenzpunkt bis zum Tankboden bestimmen.
- Behälterdurchmesser und Behälterform erfassen.
- Rührwerke, Rohre, Heizschlangen und andere Einbauten dokumentieren.
- Befüllstrom und erwartete Oberflächenbewegung berücksichtigen.
- Schaum, Dampf, Kondensation und Ablagerungen bewerten.
- Abstrahlwinkel über die gesamte Messdistanz geometrisch prüfen.
- Antennengröße nicht nur nach dem kleinsten vorhandenen Prozessanschluss auswählen.
- Ausreichende Reserve zum nominellen Maximalmessbereich vorsehen.
- Messverhalten nahe dem metallischen Tankboden berücksichtigen.
- Montageposition vor einer elektronischen Störechoausblendung optimieren.
- Echokurve bei mehreren realen Füllständen prüfen.
- Mess- und gegebenenfalls erforderliche Sicherheitsfunktion getrennt bewerten.
Häufige Fehler
- Nur den maximalen Messbereich vergleichen: Die tatsächliche Echoreserve wird nicht berücksichtigt.
- Dielektrizitätszahl ignorieren: Ein schwaches Produktecho wird erst bei der Inbetriebnahme erkannt.
- Kleinste Antenne auswählen: Prozessanschluss und Preis werden optimiert, die Signalreserve jedoch unnötig reduziert.
- Nur auf die Radarfrequenz achten: Auch ein 80-GHz-Sensor benötigt eine geeignete Montageposition.
- Rührwerk im Messstrahl: Ein starkes metallisches Störecho konkurriert mit dem schwachen Produktecho.
- Tankboden nicht berücksichtigen: Bei niedrigem Füllstand wird das Bodenecho stärker als das Oberflächenecho.
- Störechoausblendung als Reparatur einer schlechten Montage verwenden: Die Messstelle bleibt unnötig empfindlich gegenüber Prozessänderungen.
- Nur bei vollem Tank testen: Probleme unmittelbar über dem Tankboden bleiben unentdeckt.
- Saubere Antenne als Dauerzustand voraussetzen: Ablagerungen reduzieren die verfügbare Reserve im späteren Betrieb.
- Prozessmessung automatisch als Überfüllsicherung betrachten: Die Anforderungen an eine unabhängige Schutzfunktion werden nicht geprüft.
Passende Radar-Füllstandsensoren
Für kompakte Radar-Füllstandmessungen bietet sich beispielsweise die Siemens SITRANS LR100 Baureihe an. Die Geräte arbeiten mit 80-GHz-FMCW-Radar und kombinieren einen schmalen Radarstrahl mit hoher Signalempfindlichkeit. Abhängig von Ausführung und Anwendung stehen unterschiedliche Messbereiche, Kommunikationsschnittstellen und Zulassungen zur Verfügung.
Bei schwierigeren Anwendungen mit niedriger Dielektrizitätszahl sollte die Auswahl nicht ausschließlich anhand des nominellen Messbereichs erfolgen. Behälterhöhe, Medium, Montageposition, Öffnungswinkel und erforderliche Echoreserve müssen gemeinsam bewertet werden.
Weitere Radar-, TDR-, hydrostatische, Ultraschall- und andere Füllstandlösungen finden Sie unter Füllstandmesstechnik bei ICS Schneider.
Bei der Auswahl unterstützen wir insbesondere bei Anwendungen mit:
- niedriger Dielektrizitätszahl,
- großen Messdistanzen,
- engen Tanks,
- Rührwerken und Einbauten,
- kritischen Montagepositionen,
- schwachen oder wechselnden Echos,
- Anforderungen an Ex- oder Sicherheitsfunktionen.
Fazit
Eine niedrige Dielektrizitätszahl schließt eine berührungslose Radar-Füllstandmessung nicht aus. Sie reduziert jedoch die Stärke des von der Produktoberfläche zurückkommenden Signals und macht die vollständige Messstelle empfindlicher gegenüber ungünstiger Geometrie, Störechos und Prozessbedingungen.
Entscheidend ist deshalb nicht allein, ob ein Radar nominell die erforderliche Entfernung messen kann. Relevant ist, welche Echoreserve unter den ungünstigsten realen Bedingungen verbleibt.
Eine geeignete Antenne, ein möglichst schmaler Messstrahl, eine freie Montageposition und eine sorgfältige Echoanalyse sind bei niedrig reflektierenden Medien besonders wichtig. Kritisch ist häufig der Bereich unmittelbar über einem metallischen Tankboden, weil ein Teil der Radarenergie das Medium durchdringen und dort ein starkes Bodenecho erzeugen kann.
Die robuste Auslegung lautet daher nicht: „Der Sensor reicht 20 m weit.“ Sie lautet: „Das Produktecho bleibt über den gesamten Messbereich und unter allen relevanten Prozessbedingungen eindeutig stärker beziehungsweise sicherer auswertbar als Störechos und Signalgrenzen.“
FAQ: Radar-Füllstand bei niedriger Dielektrizitätszahl
Kann Radar Flüssigkeiten mit niedriger Dielektrizitätszahl messen?
Ja. Moderne Radarsensoren können auch sehr schwache Reflexionen erfassen. Ob eine Messung zuverlässig funktioniert, hängt jedoch zusätzlich von Messdistanz, Antenne, Behältergeometrie, Montageposition und Prozessbedingungen ab.
Warum wird das Radar-Echo bei niedriger Dielektrizitätszahl schwächer?
An der Grenzfläche zwischen Gasraum und Medium wird weniger Radarenergie reflektiert. Ein größerer Anteil kann in das Medium eindringen. Dadurch steht dem Sensor ein schwächeres Oberflächenecho zur Verfügung.
Was bedeutet Echoreserve?
Damit ist vereinfacht die Reserve zwischen dem nutzbaren Produktecho und der erforderlichen Erkennungsschwelle beziehungsweise konkurrierenden Störechos gemeint. Je größer diese Reserve ist, desto robuster arbeitet die Messstelle bei wechselnden Betriebsbedingungen.
Ist eine größere Radarantenne bei niedriger Dielektrizitätszahl besser?
Sie kann vorteilhaft sein, weil eine leistungsfähigere Antenne die Richtwirkung und Signalreserve erhöhen kann. Die optimale Größe hängt jedoch von Radarfrequenz, Prozessanschluss, Messdistanz und Behältergeometrie ab.
Ist 80-GHz-Radar grundsätzlich besser für schwache Echos?
80-GHz-Radar ermöglicht insbesondere eine starke Bündelung des Messstrahls. Dadurch lassen sich Behälterwände und Einbauten häufig besser vermeiden. Das verbessert die Trennung eines schwachen Produktechos von Störreflexionen. Eine geeignete Einbauposition bleibt trotzdem erforderlich.
Warum kann ein metallischer Tankboden die Messung stören?
Bei niedrig reflektierenden Flüssigkeiten kann ein Teil des Radarsignals durch das Medium hindurchgehen und am Metallboden stark reflektiert werden. Bei sehr niedrigem Füllstand liegen Oberflächen- und Bodenecho dicht beieinander und können schwieriger zu trennen sein.
Muss die Dielektrizitätszahl exakt bekannt sein?
Nicht bei jeder Anwendung. Bei kritischen Medien und geringer Signalreserve ist sie jedoch eine wichtige Auslegungsgröße. Bei Mischungen oder wechselnder Zusammensetzung sollte insbesondere der ungünstigste zu erwartende Wert berücksichtigt werden.
Kann eine Störechoausblendung eine schlechte Montageposition korrigieren?
Sie kann stationäre Störreflexionen unterdrücken, sollte aber nicht als Ersatz für eine gute Montage verwendet werden. Ein freier Messstrahl und eine geeignete Sensorposition liefern grundsätzlich mehr Signalreserve.
Wie prüft man eine kritische Radarmessstelle am besten?
Die Echokurve beziehungsweise Signaldiagnose sollte bei mehreren Füllständen und möglichst unter realen Prozessbedingungen kontrolliert werden. Besonders wichtig sind der nahezu leere Tank, der Bereich nahe dem maximalen Füllstand sowie Zustände mit Rührwerk, Befüllung oder Oberflächenbewegung.
Kann derselbe Radarsensor gleichzeitig für Regelung und Überfüllsicherung verwendet werden?
Das hängt von der geforderten Sicherheitsfunktion, den Zulassungen und der Risikoanalyse der Anlage ab. Eine zuverlässige Prozessmessung ist nicht automatisch eine unabhängige Überfüllsicherung. Gegebenenfalls ist eine getrennte Grenzstanderfassung erforderlich.