Capteur de niveau radar

Le radar à émission libre fonctionne sans contact direct avec le produit. Elle s’installe sur le toit d’une cuve process, d’un réservoir de stockage ou d’un silo. L’antenne émet l’onde électromagnétique vers la surface depuis le dessus de la cuve. La réflexion du signal permet de calculer la distance. Cette configuration convient aux liquides, aux poudres et aux granulés.

Le radar à ondes guidées, également appelé radar filoguidé, utilise une sonde insérée dans le produit. L’onde se propage le long d’une tige, d’un câble ou d’une sonde coaxiale jusqu’à la surface. Cette configuration convient aux :

• Produits visqueux
• Cuves étroites
• Applications sous pression élevée
• Produits à faible constante diélectrique

Ces capteurs sont destinés aux environnements agroalimentaires et pharmaceutiques. Ils sont conçus pour résister aux cycles de nettoyage en place (NEP). Ils disposent généralement :

• D’un boîtier inox monobloc
• D’indices IP66, IP68 ou IP69K
• De certifications EHEDG, 3-A ou FDA

Pour les environnements présentant un risque d’atmosphère explosive, des capteurs certifiés ATEX sont disponibles. Elles couvrent les zones gaz et poussières et répondent aux exigences réglementaires applicables.

Le capteur de niveau radar émet une onde électromagnétique vers la surface du produit dans une cuve ou un silo. L’onde se réfléchit puis revient vers l’antenne. Le capteur mesure le temps de retour du signal et calcule la distance selon le principe du temps de vol. Cette distance est convertie en hauteur de produit en fonction de la géométrie du réservoir.

Le fonctionnement d’un capteur radar repose sur :

• émission d’une impulsion radar
• réception de l’écho réfléchi
• calcul de la distance
• conversion en signal de niveau

La valeur est transmise en 4-20 mA ou via un protocole numérique comme HART ou Modbus pour intégration dans un système de contrôle.

Les capteurs existent en 26 GHz et 80 GHz. La fréquence 80 GHz produit un faisceau plus étroit, ce qui limite les échos parasites. Le radar sans contact mesure depuis le toit de la cuve, tandis que le radar à ondes guidées utilise une tige ou un câble immergé lorsque la configuration l’exige.

Le prix d’un capteur de niveau radar se situe entre environ 580 € et 2 000 € selon la portée, les interfaces et les certifications.

• Les modèles avec portée de 8 à 10 m et sortie 4-20 mA se positionnent généralement entre 580 € et 850 €.
• Les versions avec portée de 15 à 20 m, intégrant HART ou Bluetooth, se situent entre 900 € et 1 200 €.
• Les capteurs avec portée jusqu’à 30 m, communication avancée (HART, IO-Link, Bluetooth) ou conception hygiénique se situent entre 1 300 € et 1 800 €.
• Les versions certifiées ATEX ou adaptées aux environnements à haute température et pression peuvent dépasser 2 000 € selon la configuration.

Un capteur radar pour mesure de liquide est utilisé dans les réservoirs d’eau, les cuves chimiques, les bassins d’eaux usées, les stations de pompage ou les citernes de stockage. Il convient à l’eau, aux produits chimiques, aux hydrocarbures et aux liquides alimentaires. La mesure reste stable lors du remplissage et de la vidange. Des versions adaptées aux environnements réglementés ou aux installations agroalimentaires sont disponibles.

Un capteur radar pour mesure de solide est utilisé dans les silos et les trémies. Il mesure la distance entre le capteur et la surface du matériau stocké. Il convient aux poudres, granulés, céréales, ciment ou minéraux. La technologie radar permet une mesure en présence de poussière et dans des silos de grande hauteur.

Les bassins de décantation, postes de relevage et stations d’épuration nécessitent une mesure continue du niveau d’eau ou de boues. Dans les réacteurs chimiques ou cuves chauffées, le radar fonctionne sous pression et à température élevée. Des matériaux adaptés sont utilisés pour les antennes et les joints.

• Choix du fabricant : Plusieurs fabricants industriels développent des solutions adaptées aux différentes contraintes de mesure. Le capteur de niveau Vega comme la gamme VEGAPULS, les séries Micropilot d’Endress+Hauser et les gammes LW ou LR de ifm electronic couvrent la mesure des liquides et des solides.
• Hauteur de mesure : Les portées disponibles varient de 8 m, 10 m, 15 m, 20 m, à 30 m. La hauteur de cuve doit être compatible avec la portée maximale du capteur.
• Nature du produit mesuré : Les capteurs radar mesurent aussi bien les liquides que les solides en vrac. Pour les liquides, il faut prendre en compte la constante diélectrique, la présence éventuelle de mousse et les conditions de remplissage. Pour les solides, la granulométrie, la formation de poussière et l’angle de talus dans le silo doivent être considérés.
• Conditions de process : Selon les modèles, la température peut aller de -40 °C à +150 °C. La pression peut atteindre plusieurs dizaines de bars pour les versions adaptées.
• Type de technologie : Deux technologies principales sont disponibles : le radar à émission libre et le radar à ondes guidées.
• Interfaces et communication : Le capteur doit être compatible avec le système de contrôle existant. Les sorties les plus courantes sont le 4-20 mA et le HART. Des interfaces numériques comme IO-Link ou Bluetooth permettent le paramétrage, la transmission de données et la maintenance à distance.
• Certifications et conformité : Selon le secteur d’activité, des certifications peuvent être requises. Les environnements à risque d’explosion nécessitent une version certifiée ATEX.

• La technologie de mesure de niveau par ultrasons utilise une onde acoustique. La mesure dépend de la propagation du son dans l’air. Les variations de température, la vapeur ou les gaz peuvent modifier le résultat.
• Le mesure de niveau radar utilise une onde électromagnétique. La mesure n’est pas influencée par la température de l’air ou la présence de vapeur. Il est utilisé dans des environnements industriels avec condensation ou gaz.

• La mesure de niveau hydrostatique repose sur la pression exercée par la colonne de liquide. Elle dépend de la densité du produit et nécessite un contact direct avec le liquide.
• Le radar mesure une distance entre le capteur et la surface. Il ne dépend pas de la densité et fonctionne sans contact dans sa version aérienne.

• La technologie capacitive mesure une variation de capacité électrique. Elle nécessite une sonde en contact avec le produit et dépend des propriétés électriques du matériau.
• Le radar fonctionne par réflexion d’onde et n’exige pas d’immersion pour la version sans contact. Il est utilisé pour liquides et solides.