Quel capteur choisir pour mesurer avec précision des solides en vrac dans un environnement poussiéreux ?

En quoi la plage dynamique d’un capteur de niveau radar est-elle essentielle
pour la fiabilité de mesure des produits en vrac ?
La technologie radar est devenue au fil des années très populaire en instrumentation de mesure de
niveau. Qu'il s'agisse de silos à grains, de farine, de ciment, de concasseurs en carrières, cases
agrégats sur centrale à béton ou encore de granulés plastiques pour les secteurs de l’injection et de
l’extrusion, ils ont tous fait confiance aux capteurs de niveau radar pour assurer le bon
fonctionnement des procédés avec une efficacité maximale. Les processus de production étant
devenus de plus en plus complexes, la technologie radar a évolué au fil du temps pour répondre aux
demandes croissantes du marché. L'un des aspects sur lequel ces instruments ont beaucoup
progressé est l'augmentation de la plage dynamique. Cet article détaille l’importance de celle-ci dans
les applications de mesure de niveau sur solides.
La plage dynamique c’est quoi ?
Mesurée en décibels (dB), la plage dynamique (également juste appelée « dynamique ») traduit la
différence entre le plus grand et le plus petit signal mesurable, c’est pour ainsi dire un indicateur de
la sensibilité du capteur. Plus la dynamique d'un radar est importante, plus faibles sont les signaux
qu'il peut mesurer. Cela permet notamment d’assurer une plus grande sécurité et fiabilité de mesure
sur de très grande distances et sur des produits à faible pouvoir de réflexion. Une grande plage
dynamique permet ainsi à la technologie radar de mesurer avec précision les solides dans le plus
grand nombre d’applications.
Pour une meilleure compréhension de ce qu’est la plage dynamique, considérons par analogie deux
types de balances que l'on retrouve couramment chez soit à la maison. Un pèse-personne numérique
standard mesurant des poids allant jusqu'à 160 kilos et le faisant par incréments de 0,1 kilo. Si l'on
considère que 0,1 kilo est une petite valeur et que 160 kilos est un poids conséquent, on peut dire
qu'un pèse-personne a une bonne portée. En cuisine, nous constatons que la balance a également
une grande portée. Il est vrai qu’une balance de cuisine typique ici ne mesure que jusqu'à 5 kilos,
mais elle le fait par intervalles de 1 gramme. Chaque balance a donc sa propre gamme de poids et
nous pouvons comparer les amplitudes de ces plages.
Tout comme pour les capteurs de niveau radar, la gamme d'une balance diffère selon le besoin. On
se réfèrera à la balance de cuisine pour par exemple peser en grammes les myrtilles que le
diététicien nous recommande de manger au petit-déjeuner. Par ailleurs le pèse-personne servira lui
pour mesurer en kilos les effets de notre régime alimentaire. Intervertir les deux ne permettra pas
d’obtenir des données précises et aura probablement pour résultat une salle de bain pleine de
myrtilles et les restes brisés d’une balance éparpillés sur le sol de la cuisine.
Maintenant, imaginez qu'un capteur de niveau radar avec une gamme dynamique de 96 dB soit un
pèse-personne. Après une pesée, vous pourriez descendre de cette balance, enlever un cheveu de
votre tête et remonter dessus et la balance détecterait la différence. C'est assez étonnant, mais
encore plus si on sait que 96 dB n'est pas le maximum lorsqu'il s'agit de la dynamique des capteurs
de niveau radar actuels. De nombreux capteurs de niveau offrent une large gamme dynamique de
112 dB. Si l'un de ces appareils était une balance, vous pourriez garer un camion dessus et en retirer
un cheveu et la balance fournirait une différence de poids lisible. Les capteurs de niveau radar les
plus avancés technologiquement ont actuellement une plage dynamique de 120 dB. En appliquant
cette dynamique à une balance, vous pourriez faire la même manipulation capillaire que
précédemment en étant assis dans un train et la balance verrait la différence ! Installer ces capteurs
radars sur une application de mesure en industrie équivaut à posséder une balance domestique qui

 atteint la sensibilité fine d’une balance de cuisine avec la plage maximale d’un pèse-personne, voire
bien au-delà.
Par exemple, comparons le premier et le dernier capteur évoqué précédemment. La différence de 24
dB (entre 96 et 120 dB) dans la gamme dynamique correspond à un facteur de 250. Cela signifie que
les signaux apparaissent 250 fois plus grands dans le capteur à 120 dB que dans celui de 96 dB. La
différence de 8 dB entre le deuxième et le troisième capteur radar représente également un écart de
performance plus important que l'on pourrait le penser, car 8 dB correspondent à un facteur 6. Cette
incroyable sensibilité est une caractéristique essentielle pour les utilisateurs de capteurs radar dans
diverses industries.
Une grande gamme dynamique est recommandée pour mesurer des produits à faible propriétés de
réflexion,
La nécessité d'avoir des capteurs radar avec une large gamme dynamique dépend de l’application et
surtout du produit à mesurer. Pour comprendre faisons une incursion dans le domaine des liquides
ou par exemple les opérateurs dans l’assainissement et le traitement des eaux usées s'appuient sur
des capteurs radar pour mesurer la hauteur de fosses de relevage, de déversoirs d’orage ou encore
de divers bassins. Dans ces applications, un capteur n'a pas besoin d'une très grande dynamique, car
l’eau réfléchit fortement les signaux radar. Une plage dynamique de 96 dB suffit amplement. La
famille des capteurs VEGAPULS 10/20/30 répond parfaitement à ce type d’applications avec un
positionnement technico-économique attractif.
A l’opposé l’industrie du vrac regorge de produits à faible propriétés de réflexion des signaux radar
en raison de leur faible permittivité relative (εr) appelée plus couramment « constante diélectrique »
(1). Ces matériaux à faible constante diélectrique exigent un capteur radar à grande dynamique, qui
ressemble donc plus à une balance de cuisine qu'à un pèse-personne, pour détecter en toute fiabilité
les faibles signaux réfléchis. Les capteurs radar avec une dynamique de 120 dB peuvent ainsi mesurer
tous les solides : en fait, on peut dire que le temps où l'on vérifiait les valeurs de constante
diélectrique des produits mesurés est révolu.
Plage
Références Fréquences Commentaires
dynamique
VEGAPULS
96 dB 6 GHz Ancienne génération remplacée par le VEGAPULS 6X
65 , 66
VEGAPULS
96 dB 26 GHz Ancienne génération remplacée par le VEGAPULS 6X
61, 62, 63
VEGAPULS
11, 21, 31,
96 dB 80 GHz Nouvelle génération 80 GHz pour applications basiques
C11, C21,
C22, C23
VEGAPULS
112 dB 26 GHz Ancienne génération remplacée par le VEGAPULS 6X
67 et 68
VEGAPULS Première génération 80 GHz remplacée par le VEGAPULS
120 dB 80 GHz
64 et 69 6X
80 GHz,
VEGAPULS Dernière génération 80 GHz incluant aussi les fréquences
120 dB 26 GHz
6X 6 et 26GHz pour applications process
6 GHz
Les plages dynamiques pour les capteurs de niveau radar VEGA anciennes et nouvelle générations

 Une fréquence de fonctionnement élevée
La fréquence de mesure est une autre caractéristique du capteur, qui combinée à sa dynamique de
mesure, influe aussi sur les performances de mesure. Plus celle-ci est élevée, meilleure sera la
focalisation du capteur. En effet, avec un angle d’émission réduit, il y aura plus de focalisation
d’énergie et par conséquent moins de dispersion de signal et l’amplitude de l’écho reçu en retour
sera d’autant plus élevée. Les capteurs 80 GHz offrent des angles d’émission de 3,5° à 10° selon les
dimensions d’antennes(2).
Mesure non intrusive
Une autre propriété intéressante est la propension des ondes électromagnétiques à passer au travers
des matériaux non-conducteurs tels que les plastiques, le verre ou encore les briques réfractaires ou
la céramique, contrairement aux métaux qui ne laissent passer aucune onde électromagnétique. Il
est donc possible par exemple de réaliser des mesures ou détections de niveau non-intrusives au
travers de parois céramiques sur des produits à haute température. Une grande dynamique permet
ici de récupérer des signaux en retour même sur des produits à faible constante diélectrique et
malgré qu’une partie du signal soit absorbée ou réfléchie par la paroi. En effet lorsqu’une onde
électromagnétique arrive sur une matière, une partie de l’onde peut, soit être réfléchie ou diffractée,
soit la traverser suivant la fréquence de l’onde et les caractéristiques électriques de la matière.
Barrière radar pour détection de niveau ou de bourrage
La barrière à hyperfréquences est une application particulière de la technologie radar. Un émetteur
et un récepteur radar distincts montés de part et d’autre forment un barrage. Le produit venant
couper le signal entre émetteur et récepteur génère un signal TOR (Tout-Ou-Rien) pour un niveau
haut ou bas. Avec cette barrière on peut aussi effectuer la détection au travers de parois nonconductrices
pour par exemple des application de type remplissage de big-bag ou encore à haute
température comme la détection de niveau sur trémies sous refroidisseur clinker en cimenterie.
Dans ce cas la détection s’effectue au travers de hublots en briques réfractaires à l’abri de l’ambiance
régnant dans les trémies.
Conclusion
La gamme dynamique d'un capteur radar fait référence à sa sensibilité et donc à sa capacité à
mesurer les faibles signaux. VEGA en tant que fabricant pionnier dans technologie radar répond à la
demande croissante d'une grande plage dynamique en mettant sur le marché des capteurs radar qui
mesurent avec précision les produits en vrac de plus en plus difficiles. Le résultat final est une plus
grande polyvalence des applications. Le radar est devenu une technologie de référence dans les
secteurs du vrac offrant aux exploitants une solution des plus fiable pour la mesure de niveau.
(1) : La constante diélectrique d’un produit ou d’un matériau est le rapport entre sa permittivité électrique (ε) et celle
du vide (ε0). Cette valeur s’appelle εr et n’a pas d’unité. Les produits ou matériaux ont tous des valeurs
supérieures à 1 et pouvant aller au-delà de 80. Quelques exemples : Eau à 20°C (80) ; Noir de carbone (18 ,8) ;
Bentonite (8 ,1) ; Maïs (3,6) ; Bauxite (2,5) ; Ciment (2 ,2) ; Sucre (1,8) ; Granulés de Polyéthylène (1,5) ; Charbon
de bois (1,3).
(2) L’angle d’émission est inversement proportionnelle à la fréquence d’émission et au diamètre d’antenne
Angle d’émission = 70° x ____________ 300 000 km/s______________
Diamètre de l’antenne x fréquence d’émission