Le radar à ondes guidées, ou Guided Wave Radar (GWR), et le radar sans contact sont deux équipements qui présentent le même principe général de fonctionnement. Grâce à des interfaces utilisateur très semblables et une électronique à déconnexion rapide, l’utilisateur n’est jamais dépaysé en passant de l’un à l’autre. Bob Botwinski, chef de produit chez Magnetrol, nous présente ici une étude de ces deux technologies qui forment une combinaison puissante répondant à la majorité des besoins de régulation de niveau.

Les produits radar proposés par Magnetrol sont des exemples de la génération actuelle de deux technologies différentes, mais liées. Puisqu’elles fonctionnent sur le même principe et ne comportent aucune pièce mobile, les utilisateurs adoptent des transmetteurs radar dans des applications qui utilisaient auparavant les technologies suivantes : la pression différentielle, le plongeur, la capacité par radiofréquences ou l’ultrason.

Technologie radar à ondes guidées

Le principe du radar à ondes guidées est directement issu de la réflectométrie TDR, pour Time Domain Reflectometry. Les appareils TDR émettent des impulsions à haute fréquence et de faible amplitude sur la ligne de transmission, le câble ou le guide d’ondes associé, puis échantillonnent séquentiellement les amplitudes des signaux réfléchis. Avec l’Eclipse 705, Magnetrol a introduit pour la première fois un radar à ondes guidées à alimentation par boucle de courant en 1998 afin de rehausser le niveau technologique au delà de ce que proposaient les appareils à 4 fils, basés sur cette technologie, inefficaces à l’époque. Le transmetteur Eclipse 706, sorti en 2013, a révolutionné la technologie des radars à ondes guidées. Dans cette technologie, le guide d’ondes devient une sonde immergée dans le liquide (ou dans le fluide sec, en vrac). L’impédance caractéristique de la sonde (dans l’air, avec une constante diélectrique Ɛ=1) diminue lorsque le fluide du procédé mesuré présentant une constante diélectrique plus élevée déplace l’air. Les impulsions électromagnétiques transmises vers le bas du guide d’ondes sont réfléchies sur ce point de discontinuité et les réflexions sont mesurées par les circuits à haute vitesse du transmetteur, ce qui a pour effet d’établir le niveau.

Technologie radar sans contact

Avec le radar sans contact, il n’y a plus d’impulsions électromagnétiques transmises vers le bas d’un guide d’ondes. L’énergie est transmise directement dans le réservoir, dans l’air, par l’intermédiaire d’une antenne. Comme avec le radar à ondes guidées, les réflexions provenant de la surface sont mesurées par les circuits à haute vitesse du transmetteur, ce qui permet d’établir le niveau. Deux configurations d’antenne de base sont utilisées aujourd’hui dans les appareils à technologie radar sans contact : l’antenne cierge et le cornet. Comme c’est le cas pour le transmetteur radar à ondes guidées Eclipse 706, le Pulsar R96 et le Pulsar R86 permettent une permutation
facile des antennes grâce à un système de déconnexion rapide. Les antennes cierges sont utilisées lorsque des raccordements procédé de petit diamètre sont requis. Les antennes cornets sont beaucoup plus efficaces et doivent être utilisées autant que possible. Plus le cornet sera grand, meilleure sera la performance. Il y a aussi deux fréquences de fonctionnement de base pour la détection des niveaux de liquide sans contact : 6 GHz (Modèle R96) et 26 GHz (Modèle R96).

Domaine d’utilisation : les éléments à étudier

En raison de la similitude des technologies en matière de fonctionnement et de capacité, elles présenteront à l’évidence certains chevauchements dans des applications. L’utilisateur pourra prendre la décision d’utiliser l’une ou l’autre en fonction de son expérience, du niveau de confort et des standards spécifiques à l’usine. Cependant, nous savons tous que le fait d’associer «de force» une technologie à une application donnée peut entraîner des problèmes après l’installation. Par conséquent, en répondant à quelques questions de base en relation avec une application spécifique, l’utilisateur sera rapidement guidé vers la technologie radar appropriée. Trois paramètres de base, considérés dans l’ordre indiqué, peuvent souvent guider rapidement un utilisateur vers la technologie appropriée :
• Plage de mesure
Étant donné qu’en technologie de radar à ondes guidées, la sonde doit être aussi longue que la plage de mesure requise, un radar sans contact est généralement plus approprié pour les réservoirs de stockage de grande taille. Le radar GWR est mieux adapté à des applications de contrôle de procédé où la plage de mesure est plus faible, où les fluides se déplacent plus rapidement, comme celles utilisant une chambre à montage latéral.
• Conditions de service
Certaines sondes radar à ondes guidées peuvent supporter des températures maximales jusqu’à +450 °C et une pression maximale de 430 bar. Certaines antennes radar présentent aussi une température de fonctionnement maximale de 450 °C, mais sont limitées à une pression maximale de 160 bar. Par conséquent, le radar à ondes guidées devrait être envisagé pour les applications les plus difficiles où règnent une haute température et une haute pression (supérieure à 160 bar).
• Constante diélectrique du fluide du procédé
Tant dans le cas du radar à ondes guidées que du radar sans contact, la constante diélectrique (Ɛ) du fluide du procédé détermine la taille (amplitude) de la réflexion sur la surface du produit. Les fluides à constante diélectrique élevée comme l’eau (Ɛ=80) produisent d’importantes réflexions qui sont facilement détectables par le transmetteur. D’autre part, les hydrocarbures à faible constante diélectrique (Ɛ=1,7 à 3) donnent lieu à des signaux de faible amplitude qui peuvent être difficiles à détecter de manière fiable. En technologie radar à ondes guidées, le signal haute fréquence étant confiné et transmis vers le bas d’un guide d’ondes, très peu d’énergie est perdue lorsque le signal se déplace le long de la sonde. Par contre, une atténuation importante du signal peut se produire avec les appareils radar sans contact dans certaines applications. En raison de sa plus grande efficacité, le radar à ondes guidées est, en général, la technologie préférée pour les applications à faible constante diélectrique (Ɛ<~2).

Il faut à nouveau souligner qu’il peut y avoir d’autres raisons,éventuellement non techniques, amenant à choisir la
technologie ne répondant pas aux critères ci-dessus, mais les trois paramètres indiqués, pris séparément ou ensemble, sont un bon point de départ pour guider l’utilisateur vers la solution la plus robuste.
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À lire en intégralité dans le Journal des Fluides n°81 Juillet/Août 2017