Tendance de développement de la technologie de mesure du niveau de matériau

1. Jauge de niveau à micro-ondes. La jauge de niveau à micro-ondes (communément appelée jauge de niveau radar) utilise le principe de la télémétrie par écho. Son antenne, en forme de cornet ou de tige, émet des micro-ondes à la surface du matériau à mesurer, qui se propagent vers des zones de permittivité relative différente. Une réflexion se produit lorsque la surface du matériau est reçue par l'antenne. La différence de temps entre l'onde émise et l'onde reçue est proportionnelle à la distance entre la surface du matériau et l'antenne, distance que l'on peut déterminer en mesurant le temps de propagation. Les micro-ondes étant des ondes électromagnétiques, elles se propagent à la vitesse de la lumière et ne sont pas affectées par les caractéristiques du milieu. Ainsi, dans certains environnements soumis à des conditions de température, de pression, de vapeur, etc., la jauge de niveau à ultrasons ne peut pas fonctionner normalement, mais la jauge de niveau pour micro-installations peut être utilisée. Ses applications sont nombreuses dans les secteurs pétrolier et pétrochimique. La jauge de niveau à micro-ondes possède deux modes de fonctionnement. (1) Mode impulsionnel : son fonctionnement est similaire à celui d'une jauge de niveau à ultrasons. L'antenne émet périodiquement des impulsions micro-ondes et reçoit un retour d'information de la surface du matériau. Parallèlement, il analyse et traite le signal de rétroaction pour confirmer l'écho effectif et calculer le niveau de matériau en fonction de celui-ci. La précision est d'environ 0,2 à 0,3 % de la pleine échelle. Généralement, les jauges de niveau pour micro-installations de gamme inférieure utilisent cette méthode. La plupart des fabricants qui produisaient à l'origine des sonomètres ont utilisé cette méthode pour produire des jauges de niveau pour micro-installations. Tels que : Vega, E+H, Siemens-Milltronics, etc. (2) Onde continue modulée en fréquence (FMCW) : Les micro-ondes émises par l'antenne sont une onde continue dont la fréquence est modulée linéairement. Lorsque l'écho est reçu par l'antenne, sa fréquence d'émission change. La distance entre la surface du matériau peut être calculée en fonction de la différence de fréquence entre l'écho et le membre émetteur. Le circuit de mesure FMCW est plus complexe et plus coûteux, mais la précision de mesure est supérieure, pouvant atteindre 0,1 % de la pleine échelle, voire plus. De plus, l'écho d'interférence est également plus facile à éliminer. Généralement, les cristaux haut de gamme utilisent cette solution. Lors de son arrivée sur le marché, la jauge de niveau à micro-ondes a suscité de grandes attentes et s'est avérée très limitée en pratique. Les jauges de niveau à micro-ondes classiques nécessitent un matériau à mesurer avec une valeur ε1 > 4, et la précision peut atteindre ε2 > 2. Un milieu avec une valeur ε1 > 2 ne peut pas être mesuré de manière stable en raison de la faible onde de réflexion. De plus, certains milieux à faible constante diélectrique ε1 dans le système pétrochimique, comme le gaz de pétrole liquéfié, ne permettent pas d'obtenir des résultats de mesure stables. Il est donc nécessaire d'ajouter un tube de guidage pour concentrer l'énergie. De plus, la plupart des jauges de niveau à micro-ondes à impulsions utilisent une fréquence micro-ondes de 5,8 GHz, avec un angle de rayonnement relativement important. Outre l'écho de niveau du liquide, d'autres échos parasites sont générés dans le réservoir de stockage, ce qui complique la réception de l'écho. Il est difficile de confirmer le niveau de liquide au drap. Lorsqu'il est utilisé dans un réservoir horizontal ou voûté, le sommet focalise la réflexion et le drapage, créant ainsi de multiples échos. L'installation au centre du réservoir est donc impossible, car la mesure de matériaux solides génère divers échos parasites ; la plupart des micro-jauges de niveau ne permettent donc pas de mesurer les niveaux de matériaux solides. Pour remédier à ces problèmes, certaines entreprises (comme Siemens) ont développé des jauges de niveau à micro-ondes utilisant des fréquences plus élevées (24 GHz) et des angles de pointage d'émission inférieurs à 10°. L'énergie est ainsi concentrée. Elles permettent non seulement de mesurer à une distance plus longue (45 m), mais aussi, grâce à un rapport signal/bruit élevé, de mesurer des fluides à faible constante diélectrique (ε1 > 1,7). Grâce à un logiciel de traitement de remplissage amélioré intégré, elles permettent de mesurer le niveau de matériaux solides, et même de ciment en poudre. 2. La jauge de niveau à micro-ondes guidées et la technologie de mesure de niveau par micro-installation à rotation constituent une variante de la micro-jauge de niveau. Son nom anglais est « Time Domain Reflectometry » (TDR), également connu sous le nom de radar à ondes guidées. Il fonctionne en mode impulsionnel. La différence avec la jauge de niveau à micro-ondes réside dans le fait que l'impulsion micro-ondes ne se propage pas dans l'espace, mais à travers un ou deux guides d'ondes s'étendant du haut vers le bas du réservoir. Le guide d'ondes peut être une tige métallique dure ou un câble métallique flexible. La micro-impulsion se propage vers le bas le long de la tige ou du câble, est réfléchie à la surface du matériau à tester et est reçue par l'antenne. L'intervalle de propagation peut être calculé à partir de la différence de temps entre l'impulsion émise et l'écho. Il permet de mesurer le niveau de liquide et de solide, ainsi que l'interface entre un liquide non conducteur et un liquide conducteur.

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