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Radarsensor mit engem Fokus

Exakte Füllstandmessung von Schüttgütern
Radarsensor mit engem Fokus

Vegapuls 69 mit 79-GHz-Radartechnik deckt ein breites Anwendungsspektrum bei der Füllstandmessung von Schüttgütern ab
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Staub, Ablagerungen, schlechte Reflexionseigenschaften. Die Medien im Schüttgutbereich sind oft schwierig zu messen. Mit dem Ziel, das Einsatzspektrum von Radarsensoren zu erweitern und die Zuverlässigkeit bei bisher schwierigen Anwendungen zu verbessern, wurde der Radarsensor Vegapuls 69 auf den Markt gebracht. Nach einem guten Jahr Praxiserfahrung mit dem 79-GHz-Sensor fällt die Bilanz äußerst positiv aus.

Radarfüllstandmessgeräte haben in vielen Industriebereichen bisherige Messprinzipien wie elektromechanische Lotsysteme oder Ultraschallgeräte weitgehend abgelöst. Schritt für Schritt wurden die Anwendungsgebiete erweitert. So hat Vega inzwischen mehr als 100 000 Radarsensoren allein im Schüttgutbereich installiert. Ein Messgerät, das wirklich alle Anwendungen abdeckt, war bisher allerdings nicht in Sicht. Dank neuer Entwicklungen im Bereich der Mikrowellenkomponenten gelang es mit dem Vegapuls 69, ein universelles Radarfüllstandmessgerät für ein breites Einsatzspektrum zu entwickeln.

Der Radarsensor arbeitet mit einer Frequenz von 79 GHz, womit eine deutlich bessere Fokussierung des Sendesignals möglich ist. Die Fokussierung ist das A und O für eine sichere und zuverlässige Messung. Davon profitieren alle Anwender, die ihre Produkte in hohen, sehr schlanken Behältern lagern. Umlaufende Schweißnähte, selbst wenn diese nur wenige Millimeter stark sind, führen immer wieder zu Störreflexionen. Vor allem bei schmalen Behältern mit Einbauten hilft die gute Fokussierung, das eigentliche Messsignal von Störsignalen besser zu trennen. Gerade bei Kunststoffpulvern mit schlechten Reflexionseigenschaften war es bislang sehr schwierig, einen geeigneten Einbauort zu finden. In manchen Fällen mussten große Parabolantennen eingesetzt werden, um eine gute Fokussierung zu erreichen und die Störsignale zu reduzieren.
Kleiner Öffnungswinkel
Der Öffnungswinkel der abgestrahlten Radarenergie und damit auch die Fokussierung hängen von zwei Faktoren ab: der Sendefrequenz und der wirksamen Antennenfläche. Das bedeutet, dass mit einer höheren Frequenz bei gleicher Antennengröße eine deutlich bessere Fokussierung erreicht wird. Der Vegapuls 69 arbeitet mit einer Sendefrequenz von 79 GHz und einer Antennengröße von 75 mm. Dadurch wird ein Öffnungswinkel von nur 4° erreicht. Zum Vergleich: Bei einem Radarsensor mit 26 GHz Sendefrequenz beträgt der Öffnungswinkel etwa 10° bei gleicher Antennengröße. Dagegen geht der 79-GHz-Strahl an Einbauten oder Anhaftungen der Behälterwand vorbei, das macht die Messung sicherer und zuverlässiger. Durch die bessere Fokussierung kann außerdem bis in den Abzugstrichter gemessen werden – dies verbessert die Siloausnutzung.
Dank spezieller Mikrowellenkomponenten, die selbst kleinste Reflexionen erfassen, ließ sich das Anwendungsspektrum der Radarsensoren deutlich erweitern. So können heute auch sehr leichte Medien wie Kunststoffe oder sehr leichte Nahrungsmittel gemessen werden. Das bringt für den Anwender eine höhere Sicherheit und die Möglichkeit, die Sensoren sehr universell einzusetzen.
Messung von Nahrungsmitteln
Bei vielen Produkten in der Nahrungsmittelindustrie wird aufgrund der kleinen Dielektrizitätszahl nur ein Bruchteil der Energie an der Füllgutoberfläche reflektiert. Gleichzeitig werden viele Produkte, z. B. Mehle, in sehr hohen, schlanken Silos gelagert, um auf einer kompakten Fläche eine hohe Füllmenge zu konzentrieren und eine möglichst große Sortenvielfalt zu lagern. In der getreideverarbeitenden Industrie werden die Silozellen oft mit verschiedenen Medien befüllt. Je nach Bedarf wird Weizen, Mais oder auch Kleie in den Silos bevorratet. Die verschiedenen Medien mit für einen Radarsensor sehr unterschiedlichen Reflexionseigenschaften in Verbindung mit hohen schlanken Silos sind eine Herausforderung für die Messtechnik. Aufgrund des hohen Dynamikbereichs der Vegapuls-69-Sensoren von 120 dB können nun selbst kleinste Reflexionen gemessen werden. Der Dynamikbereich bei Radarsensoren liefert eine Aussage darüber, in welchen Anwendungsbereichen ein Sensor eingesetzt werden kann. Je größer die Dynamik, desto breiter das Einsatzspektrum der Sensoren.
Unbeeindruckt von Verschmutzungen
Dank der eingesetzten Linsenantenne aus Polypropylen oder Peek kann das Antennensystem des Vegapuls 69 nahezu frontbündig gestaltet werden. Dadurch ragt nichts in den Behälter hinein und es entstehen kaum Ablagerungen. Der Spülanschluss eignet sich bei Anhaftungen dazu, den Schmutz durch einen kurzen Luftstoß zu entfernen. Das spezielle Antennendesign ermöglicht auch bei extremer Staubentwicklung während der Befüllung eines Silos, beispielsweise mit Farbpigmenten, die zuverlässige Erfassung des Siloinhalts. Die extrem feinen Pigmente werden pneumatisch gefördert und lagern sich nicht nur an der Silowand, sondern auch an den eingesetzten Sensoren ab. Dies kann je nach Materialzusammensetzung, Konsistenz und dem eingesetzten Messverfahren zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Funktion führen. Gerade bei solchen Ablagerungen zeigt sich die Stärke des Vegapuls 69. Die Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen macht es möglich, auch bei solch schwierigen Anwendungen eine zuverlässige Messung zu realisieren.
In der Zwischenzeit sind mehr als 6000 Vegapuls 69 in den unterschiedlichsten Schüttgutanwendungen im Einsatz. Vor allem bei komplexen Messanwendungen, bei denen man bis dahin nicht glaubte, dass eine zuverlässige Füllstandmessung überhaupt möglich wäre, hat sich der Radarsensor bewährt.

Jürgen Skowaisa
Produktmanagement Radar, Vega

App zum optimalen Ausrichten von Radarsensoren

Daten & Fakten

Mit der Smartphone-App wird es zum Kinderspiel, Radarsensoren für Schüttgüter optimal auszurichten und in Betrieb zu nehmen. Über die Eingabe der Behälterhöhe und des Abstands zur Austragsöffnung errechnet die App automatisch den optimalen Neigungswinkel. Mithilfe der im Smartphone integrierten Neigungssensoren und einer grafischen Darstellung des Messpunkts kann der Sensor optimal ausgerichtet werden.
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