Acondicionamiento de la Señal

Un oscilador de alta frecuencia (HF) genera una señal de microondas básica de 6 GHz. Un generador de impulsos de onda que genera una frecuencia de 3,6 Mhz transmite por la antena la alta frecuencia original. La señal se refleja en el producto y regresa de nuevo al receptor por la antena. Luego, la señal recibida y la señal de referencia, con la misma pulsación de 3,6 MHZ, pero reducida en 43,7 Hz, se envían a un mezclador de frecuencias. Cuando el impulso de referencia se mezcla con el transmitido (incluyendo el impulso reflejado), la señal aumenta en un factor 82.380, con lo que se obtiene un impulso ‘de muestra’ de 43,7 Hz (= 3,6 MHz / 82.380) con una frecuencia portadora de 70 kHz (= 6 GHz / 82.380). Esta señal ‘de muestra’, de frecuencia más baja y más fácil de manejar, tiene la misma forma y contiene la misma información de reflexión que la señal original transmitida (véase la fig. 2). Después de procesar la señal, sólo 44 curvas por segundo se emplean para lo análisis estadísticos y se convierten en una señal de salida.

La calidad de la señal de microondas reflejada puede depender de la cantidad y del tipo de espuma presente. Si la espuma es densa conductora, la reflexión se producirá en la espuma, en vez de en la superficie del producto. Si, por el contrario, la espuma es no conductora y no demasiado espesa, la señal aún se reflejará en la superficie del producto.

Figura 2. Señales microondas usadas en el proceso de transmisión y recepción.

El empleo de agitadores o la existencia de olas reduce la amplitud de la señal reflejada, si ésta era suficiente. Un indicador de nivel por microondas es una medición por tiempo de retomo de las ondas y, por ello, no depende de la amplitud de la señal de retorno. El empleo de indicadores de nivel por impulsos de onda presenta ciertas ventajas respecto a los indicadores de nivel conocidos como FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave), onda continua de frecuencia modulada). Un instrumento FMCW emite una señal de alta frecuencia de modo continuado, lo cual significa que su potencia efectiva es unas 6 veces superior a la potencia efectiva de un indicador de nivel por impulsos de onda. Por este motivo, en algunos países no se permite el empleo de instrumentos FMCW en aplicaciones abiertas a la atmósfera y/o su uso se regula mediante la adquisición de licencias. Por el contrario, el empleo de indicadores de nivel industriales basados en señales de impulsos de microondas se permite con toda libertad y no está sujeto a restricciones ni a la adquisición de licencias. La potencia de un solo impulso (de cualquier indicador de nivel por impulsos) es doscientas veces superior, por lo que la señal es más efectiva en condiciones de medición desfavorables.

Criterios de selección

La elección de un instrumento de medición de niveles por impulsos de microondas adecuado para cada aplicación depende de los factores siguientes:

l. La resistencia química, la presión de proceso y la temperatura de la antena determinan el material de la antena y de la brida.

2. El campo de medida deseado y las condiciones de proceso tales como Er, olas o remolinos y espuma determinan el tamaño de la antena.

3. El tipo de tanque (de almacenamiento, depósitos reguladores o de proceso) y el tipo de montaje (espacio abierto, tubo tranquilizador o derivación).

4. La precisión requerida y los requisitos de calidad exigidos por Ex.

El primer aspecto que se suele considerar se refiere al campo de medida deseado para una aplicación determinada (por ejemplo, en un tanque de almacenamiento en calma, en un depósito regulador o en un tanque de proceso con agitador). Un tubo tranquilizador o una derivación a la práctica se pueden ver también como un tanque de almacenamiento en calma y presentan el campo de medida máximo. Los valores bajos de la constante dieléctrica y la presencia de olas favorecen la atenuación de la señal, y hacen disminuir el campo de medida máximo de 35 m. Cada tipo de instrumento tiene su propia lista de aplicaciones adecuadas para cada tipo de tanque, montaje y producto (véase el ejemplo de la fig 3 para dos diámetros distintos).

Figura 3. Ejemplo de diversos tamaños de trompetas para el sensor.

Las indicaciones B, C y D representan varios líquidos: B = liquidas no conductivos tales como productos petroquímicos con una constante dieléctrica de Er = 1,9 ... 4; C = ácidos concentrados, disolventes orgánicos, ésteres, alcoholes y acetonas con una constante dieléctrica de Er = 4 ... 10; Y D = líquidos conductores, disoluciones en agua y ácidos diluidos con una constante dieléctrica Er > 10. Los impulsos electromagnéticos se emiten mediante una antena, que puede ser de trompeta de diámetros DN80, DN100, DN150, DN200 Y DN250, o de varilla, de 390 mm o 540 mm de longitud. La antena de trompeta de acero inoxidable puede soportar una temperatura máxima de 400 ºC y 100 bar de presión (aunque no al mismo tiempo), mientras que la antena de varilla (PTFE o PPS) puede soportar una temperatura máxima de 150 ºC y 40 bar de presión (aunque no a la vez).

Propiedades importantes de la antena de trompeta y cuándo empleada:

· Cuando pueden formarse condensaciones en la antena
· Para empleo en tubuladuras > 250 mm
· Para campos de medida mayores
· Para condiciones de presión y temperatura mayores
· Mayor robustez
· Se adapta mejor a aplicaciones en derivaciones
· En caso de reflexión débil (er baja o olas).

Propiedades importantes de la antena de varilla y cuándo empleada:

· Resistencia química (completamente PTFE)
· Acoplamientos a proceso pequeños
· Tubuladuras estrechas
· Cuando se pueden producir adherencias en la tubuladura.