Mining Radar Level Meter Auswahlhandbuch

1. Technische Grundprinzipien und Arten von Mining Radar Level Transmittern

In der Bergbautechnik, Kohleaufbereitungsanlagen, Kraftwerkskohlebunkern und metallurgischen Materiallagern ist eine kontinuierliche Überwachung auf Materialebene für die automatisierte Zuführung und Verhinderung von Bunkerüberfüllung und Materialüberlauf von entscheidender Bedeutung. Die Messung des Bergbauniveaus muss unter rauen Bedingungen mit hohen Staubkonzentrationen, hoher Luftfeuchtigkeit, Materialruhewinkel und starken mechanischen Einwirkungen erfolgen. METRAVON Industrieradar-Füllstandsgeber verwenden hauptsächlich die folgenden zwei physikalischen Messmechanismen:

1. 1 Zeitbereich Reflectometry Guided Wave Radar (TDR / GWR)

Geführte Wellenradar-Füllstandssender arbeiten nach dem Prinzip der Time Domain Reflectometry (TDR). Hochfrequente elektromagnetische Impulse laufen entlang eines geführten Stahlseils oder Sondenstabs. Wenn ein elektromagnetischer Impuls die Oberfläche des gemessenen Materials wie Kohlepulver oder Mineralpartikel erreicht, wird ein Teil der Pulsenergie aufgrund der plötzlichen Änderung der Dielektrizitätskonstanten (Dielectric Constant, εr) des Mediums reflektiert. Die reflektierte Energie bildet ein Echo und wandert entlang des geführten Elements zum Empfänger zurück.

Der Abstand D zwischen dem Sender und der Materialoberfläche ist proportional zur elektromagnetischen Wellenlaufzeit Δt und wird nach folgender Formel berechnet:

D = (c × Δt) / 2

wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist, etwa 3 × 10⁸m/s. Da das Lenkwellenradar einen Leiter verwendet, um elektromagnetische Energie zu leiten, ist die Signaldämpfung sehr gering, so dass es sich besonders für den Abbau von Lagerbehältern mit Materialien mit relativ niedrigen Dielektrizitätskonstanten oder für Anwendungen mit extrem begrenztem Messraum eignet.

Geführtes Wellenradar-Messverfahren (TDR)

Schritt 1 – Pulserzeugung:Der Sender erzeugt einen hochfrequenten elektromagnetischen Impuls.

Schritt 2 – Geführte Ausbreitung:Der Impuls wandert entlang des Stahlseils oder Sondenstabes zur Materialoberfläche hin.

Schritt 3 – Oberflächenreflexion:Wenn der Puls die Materialoberfläche erreicht, bewirkt die Änderung der Dielektrizitätskonstante εr, dass ein Teil der elektromagnetischen Energie reflektiert wird.

Schritt 4 – Echo Return:Der reflektierte Impuls wandert entlang desselben geführten Elements zur Empfangselektronik zurück.

Schritt 5 – Entfernungsberechnung:Das Gerät misst die Laufzeitdifferenz Δt und berechnet den Materialabstand unter Verwendung von

D = (c × Δt) / 2.

1. Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (FMCW)

FMCW-Radar-Füllstandsgeber (Frequency Modulated Continuous-Wave, FMCW) wie das Hochfrequenzradar METRAVON 80 GHz verwenden berührungslose Messtechnik. Die Radarantenne sendet ein Mikrowellensignal aus, dessen Frequenz durch lineare Frequenzmodulation mit der Zeit linear zunimmt.

Nachdem das Mikrowellensignal die Materialoberfläche erreicht hat, wird es von der Empfangsantenne reflektiert und empfangen. Da sich die Sendesignalfrequenz ständig ändert, besteht zwischen der empfangenen Echofrequenz und der aktuell gesendeten Frequenz eine Frequenzdifferenz Δf. Diese Frequenzdifferenz ist proportional zum Messabstand D: EPMATHMARKEREP

D = (c × Δf) / (2 × K)

wobei K die Frequenz-Sweep-Rate ist. In Kombination mit der extrem hohen Betriebsfrequenz von 80 GHz bietet die FMCW-Technologie ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis und eine starke Messfähigkeit, was sie zu einer bevorzugten berührungslosen Messtechnologie für Hochstaubbergbau- und Kohlebunkeranwendungen macht.

FMCW-Radarmessverfahren

Schritt 1 – Frequency Sweep:Der Radaroszillator erzeugt ein 80 GHz Mikrowellensignal, dessen Frequenz mit der Zeit linear ansteigt.

Schritt 2 – Übermittlung:Die Antenne sendet das frequenzmodulierte Mikrowellensignal zur Schüttgutoberfläche hin.

Schritt 3 – Reflexion:Das Mikrowellensignal wird von der Materialoberfläche einschließlich der durch den Materialruhewinkel gebildeten Schrägflächen reflektiert.

Schritt 4 – Echo-Empfang:Die Antenne empfängt das reflektierte Mikrowellensignal.

Schritt 5 – Entfernungsberechnung:Die Elektronik berechnet die Frequenzdifferenz Δf zwischen gesendeten und empfangenen Signalen und bestimmt die Entfernung mithilfe vonD = (c × Δf) / (2 × K).

2. Wichtige Einkaufskriterien und Auswahlparameter für Mining Radar Level Transmitter

Für extreme Betriebsbedingungen im Unter- und Übertagebergbau sollten sich Beschaffungs- und Ingenieurpersonal auf die folgenden fünf wichtigsten technischen Parameter konzentrieren:

3. Radar Level Transmitter Auswahlstrategien für komplexe Bergbaubedingungen

Mining Radar Level Transmitter Auswahlprozess

Schritt 1 – Identifizieren der Speicher- oder Prozessumgebung:Bestimmen Sie, ob es sich bei der Anwendung um einen staubreichen unterirdischen Kohlebunker, ein Rohkohlensilo, einen begrenzten Einfülltrichter, einen Abwassertank oder einen Schlammtank handelt.

Schritt 2 - Hochstaub- und kontaktlose Messung:Für Kohlebunker, Gangartensilos und Anwendungen mit starkem Staub- und Materialruhewinkel wählen Sie eineFMCW-Radar-Füllstandsgeber, wie die METRAVON FMCW-80M.

Schritt 3 – Eingeschränkter Platz oder niedrige dielektrische Konstante:Für enge Räume oder Medien mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten wählen Sie eineHochspannungslenkwellenradar, wie die METRAVON GWR-MINE.

Schritt 4 – Ätzende Abwasser- oder Schlammanwendungen:Für enge Abwasser- oder Schlammtanks, die eine geführte Messung und Korrosionsbeständigkeit erfordern, sollten Sie einekorrosionsfester Lenkwellenradar-Füllstandsgeber, wie die METRAVON GWR-70.

3. 1 80 GHz FMCW Non-Contact Radar Level Transmitter: Hauptkohlebunker und Gangue Silos

Betriebsbedingungen:Große Materialtropfenhöhe, extrem hohe Staubkonzentration und durch den Schüttwinkel verursachte geneigte Materialflächen.

Auswahlkriterien:Es sollte ein FMCW-Radar mit 80 GHz mit einem Sendewinkel von ≤3° gewählt werden. Der schmale Balken hilft, die Staubschicht zu durchdringen und das Signal in Richtung der Mitte des Materialstapels zu fokussieren, wodurch falsche Echos von rauen Silowänden und inneren Strukturoberflächen reduziert werden. Es sollte auch ein pneumatischer Luftreinigungsanschluss gewählt werden, damit Druckluft die Antennenoberfläche periodisch reinigen kann.

3. 2 Guided Wave Radar Level Transmitter (GWR): Kohlemischbunker und schmale Feed Hopper in Kohleaufbereitungsanlagen

Betriebsbedingungen:Begrenzter Bauraum, interne Verstärkungsbalken und Zuführvorrichtungen und große Schwankungen der Materialdielektrikumskonstante.

Auswahlkriterien:Wählen Sie Lenkradar mit einem schweren Stahlkabel mit einer hohen Zugfestigkeit von nicht weniger als 20 kN. Das geführte Stahlkabel begrenzt elektromagnetische Energie um das Kabel und reduziert Interferenzen durch interne Stahlstrukturen. Je nach Anwendungsdesign kann der untere Abschnitt des Kabels ein Gewicht oder eine geeignete Rückhaltevorrichtung erfordern, um die Kabelposition aufrechtzuerhalten und das Risiko einer mechanischen Beschädigung durch zusammenbrechendes Material zu verringern.

4. Engineering Installation und Explosion-Proof-Anforderungen für Guided Wave Radar Level Transmitter

In Bergbau- und Kohlewäschetechnikprojekten ist eine standardisierte Installation entscheidend für einen langfristig stabilen Instrumentenbetrieb. Im Folgenden sind Standard-Bau- und Installationsverfahren für Radar-Füllstandsgeber für geführte Wellen aufgeführt:

4. 1 Installationsposition und Hindernisvermeidungsprinzipien

Vermeiden Sie den Materialeingang:Die Einbaulage muss Bereiche vermeiden, die einem direkten Materialaufprall ausgesetzt sind, um zu verhindern, dass große Stücke von Erz oder anderem Material auf das Stahlseil oder die Antenne treffen. Bei Anwendungen für Polypropylen/Polyethylen-Granulierung und Abwasserbehandlungstanks kann das Instrument in der Nähe des Zentrums installiert werden. Bei Regenwasserentwässerungstanks im Freien kann die Anlage etwa 400 mm von der Tankwand entfernt sein, wobei nahe gelegene Hindernisse entfernt sind.

Isolierkasten und Wandkontaktverhinderung:Installieren Sie einen 2-Zoll, 150lb Flansch an der Gewindeverbindung des Senders. Wenn ein Isolierkasten verwendet wird, ist eine kreisförmige Öffnung mit einem Durchmesser von D = 50 mm am Boden herzustellen. Führen Sie zuerst das Stahlseil durch die Mitte der Öffnung und sichern Sie dann den Flansch im Isolierkasten. Stellen Sie sicher, dass das Stahlkabel die Metallwand des Isolierkastens nicht berührt, um parasitäre Kapazitätsstörungen zu vermeiden.

4. 2 Anforderungen an die Prüfung der elektrischen Explosion und Isolierung

Elektrischer Installationsprozess

Schritt 1 – Schutzgehäuse:Führen Sie das Instrumentenkabel aus dem Schutz- oder Isolationsgehäuse.

Schritt 2 – Kabelleitung:Verwenden Sie DN20 verzinktes Stahlrohr mit sicheren Gewindeverbindungen.

Schritt 3 – Eigensicheres Kabel:Leiten Sie das flammhemmende eigensichere Signalkabel durch die Leitung zum Instrument.

Schritt 4 – Cable Gland und Drip Loop:Ziehen Sie die Kabelverschraubung fest und erzeugen Sie eine Abtropfschleife, bevor das Kabel in das Gehäuse eintritt, um zu verhindern, dass Kondenswasser in das Instrument gelangt.

Schritt 5 – Explosionssichere Verbindung und Erdung:Schließen Sie die Verbindung gemäß den Anforderungen an die explosionsgeschützte Verkabelung ab und verbinden Sie den Kabelschirm mit dem vorgesehenen Erdungspunkt unter Verwendung einer Einpunkterdung.

Trennung der Leistungsaufnahme:Vor der Demontage oder Installation des Geräts muss die Stromversorgung im Schaltschrank und die positiven und negativen Signalleitungen getrennt werden.

Kabelinstallation:Verwenden Sie 1 mm × 2 mm × 1. 5 mm schwer entflammbares eigensicheres Kabel. Die Leitung sollte DN20 verzinktes Stahlrohr mit sicher angezogenen Gewindeverbindungen sein.

Isolationstest:Nachdem die Kabelinstallation abgeschlossen ist, führen Sie einen Isolationstest mit einem Megohmmeter durch. Die Prüfspannung wird auf 500 V DC eingestellt und 60 Sekunden lang kontinuierlich getestet. Der Isolationswiderstand muss ≥ 20 MΩ betragen.

Wasserdicht und Feuchtigkeitsschutz (Drip Loop):Die Instrumentenkabelverschraubung muss sicher angezogen werden. Am Signalkabeleingang biegen Sie das Kabel nach unten und bilden eine kreisförmige Tropfschleife mit einem Durchmesser von etwa D = 100 mm, um zu verhindern, dass Kondensat und Wasserdampf entlang des Kabels in das Instrumentengehäuse gelangen.

Erdungsanforderungen:Die Abschirmschicht des abgeschirmten Kabels muss an einer einzigen Stelle mit dem eigenen internen Erdungsanschluss des Füllstandsgebergehäuses geerdet werden. Die Stromversorgung darf nur nach Bestätigung, dass kein unbeabsichtigter Erdschluss oder Kurzschluss vorliegt, wiederhergestellt werden.

4. 3 High-Level Limit und Blind Zone Einstellungen

Bei Verwendung eines Radar-Füllstandsgebers darf der maximale Füllstand niemals in den Messblindbereich gelangen.

Obere Grenzwerteinstellung:Bei der Konfiguration des Hochpegelalarms muss ausreichend Freiraum für die dem Instrument innewohnende obere Blindzone reserviert werden. Ein typischer Referenzbereich ist etwa 0. 1 m–0. 3 m für berührungsloses Radar und etwa 0. 2 m–0. 5 m für Lenkradar, je nach spezifischem Instrumentendesign.

Überfüllung Prävention Logik:Wenn das maximale Materialniveau die blinde Zone erreicht, können starke Reflexionen in der Nähe der Antenne dazu führen, dass der Ausgang auf dem maximalen Niveau sperrt oder einen "Loss of Echo" -Alarm auslöst, was zu falschen Steuerungssystemaktionen führen kann.

FAQ

F1: Warum werden METRAVON explosionsgeschützte Radar-Füllstandsgeber in der Bergbau- und Metallurgieindustrie weit verbreitet eingesetzt?

A:Die Hauptgründe sind ihr zuverlässiges Explosionsschutzdesign und ihre starke Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse. METRAVON-Explosionsschutzradar-Füllstandssender sind für anspruchsvolle Gefahrenbereichsanwendungen konzipiert, wobei intrinsisch sichere und flammgeschützte Schutzkonfigurationen gemäß den Modellanforderungen verfügbar sind. Gleichzeitig bietet die hochfrequente Mikrowellenmessung von 80 GHz eine starke Störfestigkeit gegenüber hohen Staubkonzentrationen, Wasserdampf, Umweltdruckänderungen und signifikanten Temperaturschwankungen und bietet eine verbesserte Messstabilität im Vergleich zu herkömmlichen Ultraschall- und Niederfrequenzradartechnologien in vielen Bergbauanwendungen.

Q2: Welche Vorteile bietet das FMCW-Radar (Frequency-Modulated Continuous-Wave) gegenüber dem Pulsradar bei der Kohlebunkermessung?

A:FMCW-Radar sendet kontinuierlich Signale während des Frequenz-Sweep-Zyklus und kann ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis bieten. Kohle und ähnliche Schüttgüter haben oft lockere, geneigte Oberflächen und können Mikrowellenreflexionen stark dämpfen. Die FMCW-Signalverarbeitung kann dazu beitragen, schwache, aber gültige Materialechos zu identifizieren und die Wahrscheinlichkeit eines "Echoverlusts" unter schwierigen Messbedingungen zu verringern.

Q3: Werden hohe Konzentrationen von Wasserdampf und Kondensation unterirdisch die Genauigkeit der Radarpegelmessung beeinflussen?

A:Wasserdampf selbst hat im Allgemeinen einen begrenzten Einfluss auf die Mikrowellenausbreitungsgeschwindigkeit. Wenn jedoch Dampf auf der Radarantennenoberfläche zu Wassertröpfchen kondensiert, kann die Mikrowellenenergie abgeschwächt werden. METRAVON-Radar-Füllstandssender können erhöhte PTFE-Linsenantennen mit hydrophoben Eigenschaften verwenden. In Kombination mit einer gegebenenfalls explosionsgeschützten pneumatischen Luftreinigungsanordnung trägt diese Konstruktion dazu bei, die Auswirkungen von Kondensation auf die Messung zu reduzieren.

F4: Wie sollte die reflektierte Wellenablenkung, die durch den Materialwinkel der Ruhe verursacht wird, bei der Messung von Massiv-Feststoff behandelt werden?

A:Eine geneigte Materialfläche kann einen Teil der Mikrowellenenergie in Richtung der Silowand anstatt zurück in Richtung der Antenne reflektieren. Zu den empfohlenen Lösungen gehören:

Verwendung eines METRAVON-80-GHz-Radarsenders mit einem schmalen Strahlwinkel von etwa 3° zur Verringerung der Streuung;

während der Installation einen verstellbaren Zielflansch verwenden, um den Radarantennenwinkel so einzustellen, dass der Strahl senkrechter auf die geneigte Materialoberfläche gerichtet ist;

Aktivieren Sie die internen Material-Oberflächen-Tracking- oder Falschecho-Verarbeitungsfunktionen des Instruments, sofern unterstützt.

F5: Wie kann das Lenkwellenradar-Stahlkabel vor übermäßiger Spannung oder Bruch während der Materialentladung geschützt werden?

A:Die folgenden drei Punkte sollten bei der Auswahl und Installation berücksichtigt werden:

Berechnen Sie die maximale Zugkraft, die das Material auf das Kabel ausübt, und wählen Sie ein schweres Kabel mit einer geeigneten Bruchfestigkeit, z. B. größer als 20 kN, wenn die Anwendung dies erfordert.

Vermeiden Sie die Installation des Lenkwellenradars direkt unter dem Materialeinlass oder in der Mitte des Bodenauslasses.

Verwenden Sie ein geeignetes Montageverfahren, das den mechanischen Belastungsbedingungen entspricht, wie z. B. eine obere Aufhängung mit freiem Unterteil oder gegebenenfalls eine konstruierte flexible untere Rückhalteeinrichtung.

Q6: Welche Materialien können intelligente Radarpegelsender messen?

A:Intelligente Radar-Füllstandssender werden häufig für Kohlebunker in Kohlekraftwerken, Aschesilos in Kraftwerken, Säure- und Alkali-Lagertanks in petrochemischen Anlagen, Schlammtanks, metallurgische Erzbehälter und Lebensmittelkornsilos verwendet. Sowohl leitfähige Medien als auch viele niedrig dielektrische, nicht leitfähige Materialien wie leichte Erdölprodukte und Trockenpulver können gemessen werden, wenn die geeignete Radartechnologie und -konfiguration ausgewählt wird.

F7: In welcher Reihenfolge sollte ein "Loss of Echo"-Alarm von einem Radarpegelsender untersucht werden?

A: Überprüfen Sie zunächst, ob der maximale Materialstand in die Blindzone der Antenne gestiegen ist;

Prüfen Sie, ob sich dicker, klebriger Staub oder feuchter Kohleschlamm auf der Antennenoberfläche angesammelt hat.

Prüfen Sie, ob der Druckluftversorgungsdruck normal ist;

Prüfen Sie die Netzspannung des Geräts und den Isolationswiderstand des flammhemmenden Kabels, einschließlich, ob der Isolationswiderstand über 20 MΩ bleibt.

Schlussfolgerung

Die Auswahl eines Bergbauradar-Füllstandsgebers erfordert eine umfassende Berücksichtigung der Explosionsschutzbewertung, der Materialdielektrikumskonstanten, der Staubkonzentration und der geometrischen Abmessungen des Messraums. Für staubreiche, weiträumige unterirdische Kohlebunker und hohe Gang-Silos bieten FMCW-Radar-Füllstandssender mit 80 GHz eine starke Kombination aus Genauigkeit und Stabilität. Für enge Räume, niedrig dielektrische Materialien oder Gülletanks bietet das Lenkwellenradar (GWR) wichtige technische Vorteile.

Als professioneller Hersteller für industrielle Prozesssteuerungs- und Bergbaumessanwendungen bietet METRAVON eine komplette Palette explosionsgeschützter Radar-Füllstandsgeber zusammen mit einer Anleitung zur Feldauswahl für Kunden in der globalen Bergbau-, Metallurgie- und Energieindustrie. Um bergbauexplosionssichere Zertifizierungsdokumente, technische Datenblätter oder Projektbeschaffungsangebote zu erhalten, wenden Sie sich bitte an das METRAVON Engineering Team.

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Autor: Arvin · Quelle: METRAVON Instrumente