Guide de sélection du radar minier

1. Principes techniques de base et types d'émetteurs de niveau de radar minier

Dans le domaine de l'ingénierie minière, des installations de préparation du charbon, des silos de houille et des installations de stockage des matériaux métallurgiques, une surveillance continue du niveau des matériaux est essentielle pour l'alimentation automatisée et la prévention du débordement et du débordement des matériaux. La mesure du niveau de l'exploitation minière doit se faire dans des conditions difficiles où les poussières sont fortes, l'humidité élevée, l'angle de repos du matériau et un fort impact mécanique. Les émetteurs de niveau radar industriels METRAVON utilisent principalement les deux mécanismes de mesure physique suivants:

1. 1 Radar à ondes guidées de réflectométrie temporelle (TDR / GWR)

Les émetteurs radar à ondes guidées fonctionnent selon le principe de la réflectométrie du domaine temporel (TDR). Les impulsions électromagnétiques à haute fréquence se déplacent le long d'un câble en acier guidé ou d'une tige de sonde. Lorsqu'une impulsion électromagnétique atteint la surface du matériau mesuré, comme la poudre de charbon ou les particules minérales, une partie de l'énergie de l'impulsion est réfléchie en raison du changement soudain de la constante diélectrique (Constante diélectrique, εr) du milieu. L'énergie réfléchie forme un écho et se déplace le long de l'élément guidé vers le récepteur.

La distance D entre l'émetteur et la surface du matériau est proportionnelle au temps de propagation des ondes électromagnétiques Δt et est calculée à l'aide de la formule suivante:

D = (c × Δt) / 2

où c est la vitesse de la lumière, environ 3 × 10⁸m/s. Comme le radar à ondes guidées utilise un conducteur pour guider l'énergie électromagnétique, l'atténuation du signal est très faible, ce qui le rend particulièrement approprié pour les navires de stockage minier contenant des matériaux avec des constantes diélectriques relativement faibles ou pour des applications avec un espace de mesure extrêmement limité.

Processus de mesure du radar à ondes guidées (TDR)

Étape 1 – Génération d'impulsions :L'émetteur génère une impulsion électromagnétique à haute fréquence.

Étape 2 – Propagation guidée :L'impulsion se déplace le long du câble d'acier ou de la tige de la sonde vers la surface du matériau.

Étape 3 – Réflexion de surface :Lorsque l'impulsion atteint la surface du matériau, la variation de la constante diélectrique εr fait réfléchir une partie de l'énergie électromagnétique.

Étape 4 – Retour à l'écho :L'impulsion réfléchie se déplace le long du même élément guidé vers l'électronique de réception.

Étape 5 – Calcul de la distance :L'instrument mesure la différence de temps de propagation Δt et calcule la distance du matériau en utilisant

D = (c × Δt) / 2.

1. 2 Radar à ondes continues modifié par fréquence (FMCW)

Les émetteurs radar à ondes continues (FMCW), tels que le radar à haute fréquence METRAVON 80 GHz, utilisent la technologie de mesure sans contact. L'antenne radar transmet un signal à micro-ondes dont la fréquence augmente linéairement au fil du temps par modulation linéaire de fréquence.

Lorsque le signal micro-ondes atteint la surface du matériau, il est réfléchi et reçu par l'antenne réceptrice. Comme la fréquence du signal transmis change continuellement, il existe une différence de fréquence Δf entre la fréquence d'écho reçue et la fréquence actuellement transmise. Cette différence de fréquence est proportionnelle à la distance de mesure D:

D = (c × Δf) / (2 × K)

où K est la fréquence de balayage. Combinée à la fréquence de fonctionnement extrêmement élevée de 80 GHz, la technologie FMCW offre un très haut rapport signal-bruit et une forte capacité de mesure, ce qui en fait une technologie de mesure sans contact privilégiée pour les applications d'extraction de haute poussière et de charbon-bunker.

Processus de mesure radar FMCW

Étape 1 – Balayage de fréquence :L'oscillateur radar génère un signal micro-ondes de 80 GHz dont la fréquence augmente linéairement au fil du temps.

Étape 2 – Transmission :L'antenne transmet le signal micro-ondes modulé en fréquence vers la surface du matériau en vrac.

Étape 3 – Réflexion :Le signal micro-ondes est réfléchi depuis la surface du matériau, y compris les surfaces inclinées formées par l'angle de repos du matériau.

Étape 4 – Réception Echo :L'antenne reçoit le signal micro-ondes réfléchi.

Étape 5 – Calcul de la distance :L'électronique calcule la différence de fréquence Δf entre les signaux transmis et reçus et détermine la distance en utilisantD = (c × Δf) / (2 × K).

2. Critères d'achat clés et paramètres de sélection pour les émetteurs de niveau de radar minier

Pour les conditions d'exploitation extrêmes dans les mines souterraines et de surface, le personnel d'approvisionnement et d'ingénierie devrait se concentrer sur les cinq principaux paramètres techniques suivants :

3. Stratégies de sélection des émetteurs de niveau radar pour les conditions minières complexes

Processus de sélection des émetteurs de niveau de radar minier

Étape 1 – Identifier l'environnement de stockage ou de procédé :Déterminer si l'application est un bunker de charbon souterrain à haute poussière, un silo de charbon brut, une trémie d'alimentation confinée, un réservoir d'eaux usées ou un réservoir de boue.

Étape 2 – Mesure à haute poussière et non-contact :Pour les bunkers de charbon, les silos de gangue et les applications impliquant une poussière sévère et l'angle de repos du matériau, sélectionner unÉmetteur radar de niveau FMCW 80 GHz, comme le METRAVON FMCW-80M.

Étape 3 – Espace restreint ou faible constante diélectrique :Pour les espaces confinés ou les milieux à faibles constantes diélectriques, sélectionner uneradar à ondes guidées à haute tension, comme le METRAVON GWR-MINE.

Étape 4 – Applications des eaux usées corrosives ou des boues :Pour les réservoirs d'eaux usées ou de lisier étroits nécessitant une mesure guidée et une résistance à la corrosion, envisager unetransmetteur radar à ondes guidées résistant à la corrosion, comme le METRAVON GWR-70.

3. 1 80 GHz Emetteur de niveau radar sans contact FMCW : principaux groupes de charbon et gangs Silos

Conditions d'exploitation:Grande hauteur de chute du matériau, concentration de poussière extrêmement élevée et surfaces inclinées du matériau causées par l'angle de repos.

Exigences de sélection :Un radar FMCW de 80 GHz avec un angle de faisceau de transmission ≤3° doit être sélectionné. Le faisceau étroit aide à pénétrer la couche de poussière et à focaliser le signal vers le centre de la pile de matériaux, réduisant les faux échos des murs de silo rugueux et des surfaces structurales internes. Une connexion air-purge pneumatique doit également être sélectionnée afin que l'air comprimé puisse nettoyer périodiquement la surface de l'antenne.

3. 2 Émetteur de niveau de radar à ondes guidées (GWR): Bunkers mélangeurs de charbon et Hoppers à alimentation étroite dans les usines de préparation du charbon

Conditions d'exploitation:Espace d'installation limité, poutres de renforcement interne et dispositifs d'alimentation, et grandes variations de la constante diélectrique des matériaux.

Exigences de sélection :Sélectionnez un radar à ondes guidées équipé d'un câble en acier résistant à la traction élevée d'au moins 20 kN. Le câble d'acier guidé limite l'énergie électromagnétique autour du câble et réduit l'interférence des structures internes en acier. Selon la conception de l'application, la partie inférieure du câble peut exiger un poids ou un dispositif de retenue approprié pour maintenir la position du câble et réduire le risque de dommages mécaniques causés par le matériau d'effondrement.

4. Exigences en matière d'installation et d'explosion pour les émetteurs de niveau radar à ondes guidées

Dans les projets d'ingénierie minière et de lavage du charbon, l'installation normalisée est essentielle pour assurer un fonctionnement stable à long terme des instruments. Voici les procédures normalisées de construction et d'installation des émetteurs radar à ondes guidées :

4. 1 Position d'installation et principes d'évitement des obstacles

Éviter l'entrée de matériel :La position d'installation doit éviter les zones sujettes à un impact direct sur le matériau afin d'empêcher les gros morceaux de minerai ou d'autres matériaux de frapper le câble ou l'antenne en acier. Dans les applications de granulation en polypropylène/polyéthylène et de traitement des eaux usées, l'instrument peut être installé près du centre. Pour les réservoirs extérieurs de drainage d'eau de pluie, l'installation peut être à environ 400 mm de la paroi du réservoir, les obstacles à proximité étant enlevés.

Boîte d'isolation et prévention des contacts muraux :Installez une bride de 2 pouces 150 lb au raccordement fileté de l'émetteur. Si une boîte d'isolation est utilisée, faire une ouverture circulaire d'un diamètre de D = 50 mm au bas. Dirigez d'abord le câble d'acier à travers le centre de l'ouverture puis fixez la bride à l'intérieur de la boîte d'isolation. S'assurer que le câble d'acier ne touche pas la paroi métallique de la boîte d'isolation pour éviter les interférences de capacité parasitaire.

4. 2 Exigences relatives aux essais d'explosion électrique et d'isolation

Processus d'installation électrique

Étape 1 – Pièce de protection :Acheminez le câble de l'instrument depuis l'enceinte de protection ou d'isolation.

Étape 2 – Conduit de câble:Utilisez un conduit en acier galvanisé DN20 avec des raccords filetés sécurisés.

Étape 3 – Câble de sécurité intrinsèque :Faites passer le câble de signalisation intrinsèquement sûr par le conduit vers l'instrument.

Étape 4 – Cable Gland et Drip Loop :Serrer la glande câblée et créer une boucle d'égouttement vers le bas avant que le câble n'entre dans le boîtier pour empêcher la condensation de voyager dans l'instrument.

Étape 5 – Explosion-Proof Junction et mise à la terre :Compléter la connexion conformément aux exigences relatives au câblage antidéflagrant et raccorder le bouclier de câble au point de mise à la terre désigné en utilisant un seul point de mise à la terre.

Isolation de puissance:Avant de démonter ou d'installer l'instrument, l'alimentation électrique doit être déconnectée dans l'armoire de commande et les fils de signalisation positifs et négatifs doivent être déconnectés.

Installation du câble :Utiliser 1 mm × 2 mm × 1. Câble de 5 mm résistant à la flamme intrinsèquement sûr. Le conduit doit être en acier galvanisé DN20 avec des raccords filetés solidement serrés.

Essai d'isolation:Après l'installation du câble, effectuer un essai d'isolation à l'aide d'un mégohmmètre. Réglez la tension d'essai à 500 V CC et testez en continu pendant 60 secondes. La résistance à l'isolation doit être ≥ 20 M.

Protection contre l'eau et l'humidité (Loop) :La glande du câble de l'instrument doit être solidement serrée. À l'entrée du câble de signalisation, plier le câble vers le bas et former une boucle circulaire de goutte à goutte d'un diamètre d'environ D = 100 mm pour empêcher la condensation et la vapeur d'eau de circuler le long du câble dans le boîtier de l'instrument.

Exigences en matière d'échouement :La couche de blindage du câble blindé doit être mise à la terre en un seul point du terminal de mise à la terre interne dédié du boîtier de l'émetteur de niveau. La puissance ne peut être rétablie qu'après avoir confirmé qu'il n'y a pas de défaut au sol ou de court-circuit involontaire.

4. 3 Réglages des limites de haut niveau et des zones aveugles

Lors de l'utilisation d'un émetteur de niveau radar, le niveau maximal de matériau ne doit jamais entrer dans la zone aveugle de mesure.

Établissement de limites de haut niveau :Lors de la configuration de l'alarme de haut niveau, une autorisation suffisante doit être réservée à la zone d'aveugle supérieure inhérente à l'instrument. Une plage de référence typique est d'environ 0. 1 m–0. 3 m pour radar sans contact et environ 0. 2 m–0. 5 m pour radar à ondes guidées, selon la conception spécifique de l'instrument.

Logique de prévention du débordement :Si le niveau maximal de matériau atteint la zone aveugle, de fortes réflexions près de l'antenne peuvent provoquer le verrouillage de la sortie au niveau maximal ou déclencher une alarme "Perte d'écho", ce qui peut entraîner des actions du système de commande incorrectes.

FAQ

Q1 : Pourquoi les émetteurs radar METRAVON sont-ils largement utilisés dans les industries minière et métallurgique ?

A:Les principales raisons sont leur conception fiable de protection contre les explosions et leur forte résistance aux interférences environnementales. Les émetteurs radar METRAVON antidéflagrants sont conçus pour des applications dangereuses exigeantes, avec des configurations de protection intrinsèquement sûres et anti-flammes disponibles selon les exigences du modèle. Dans le même temps, la mesure à haute fréquence à micro-ondes de 80 GHz offre une forte résistance aux interférences causées par les fortes concentrations de poussières, la vapeur d'eau, les variations de pression environnementale et les variations importantes de température, offrant une meilleure stabilité de mesure par rapport aux technologies radar à ultrasons et à basse fréquence classiques dans de nombreuses applications minières.

Q2: Quels avantages le radar à ondes continues (FMCW) modifié par fréquence fournit-il sur le radar à impulsions dans la mesure du bunker de charbon?

A:Le radar FMCW transmet en permanence des signaux tout au long du cycle de balayage de fréquence et peut fournir un rapport signal/bruit élevé. Le charbon et les matériaux similaires en vrac ont souvent des surfaces lâches, inclinées et peuvent fortement atténuer les reflets micro-ondes. Le traitement du signal FMCW peut aider à identifier les échos faibles mais valides et réduire la probabilité de « perte d'écho » dans des conditions de mesure difficiles.

Q3 : Des concentrations élevées de vapeur d'eau et de condensation dans le sous-sol affecteront-elles la précision de la mesure du niveau radar?

A:La vapeur d'eau elle-même a généralement un effet limité sur la vitesse de propagation du micro-ondes. Cependant, si la vapeur se condense dans les gouttelettes d'eau sur la surface de l'antenne radar, l'énergie micro-ondes peut être atténuée. Les émetteurs de niveau radar METRAVON peuvent utiliser des antennes surélevées PTFE avec des caractéristiques hydrophobes. Combinée à un ensemble pneumatique antidéflagrant, le cas échéant, cette conception permet de réduire les effets de la condensation sur la mesure.

Q4: Comment la déflexion de l'onde réfléchie causée par l'angle de repos du matériau doit-elle être manipulée dans le cadre de la mesure de la masse solide dans l'exploitation minière?

A:Une surface de matériau inclinée peut refléter une partie de l'énergie du micro-ondes vers la paroi du silo au lieu de revenir vers l'antenne. Voici les solutions recommandées :

Utiliser un émetteur radar METRAVON 80 GHz avec un angle de faisceau étroit d'environ 3° pour réduire la diffusion;

Utiliser une bride de visée réglable pendant l'installation pour régler l'angle d'antenne radar de manière à ce que le faisceau soit dirigé plus perpendiculairement vers la surface du matériau incliné;

Activer les fonctions internes de suivi matériaux-surface de l'instrument ou de traitement faux-écho lorsqu'elles sont prises en charge.

Q5: Comment protéger le câble d'acier radar à ondes guidées d'une tension excessive ou d'une rupture pendant la décharge du matériau?

A:Les trois points suivants doivent être pris en considération lors de la sélection et de l'installation:

Calculer la force de traction maximale exercée par le matériau sur le câble et sélectionner un câble lourd ayant une résistance de rupture appropriée, telle que supérieure à 20 kN lorsque l'application l'exige;

Éviter d'installer le radar à ondes guidées directement sous l'entrée du matériau ou au centre de la sortie de décharge inférieure;

Utiliser une méthode de montage appropriée en fonction des conditions de chargement mécanique, comme la suspension supérieure avec pendaison inférieure libre ou un dispositif de retenue inférieur souple, le cas échéant.

Q6: Quels matériaux les émetteurs de niveau radar intelligents peuvent-ils mesurer?

A:Les émetteurs radar intelligents sont largement utilisés pour les soutes de charbon dans les centrales à charbon, les silos de cendres dans les centrales électriques, les réservoirs de stockage d'acide et d'alcali dans les installations pétrochimiques, les réservoirs de boue, les bacs à minerai métallurgique et les silos à grains alimentaires. Les milieux conducteurs et de nombreux matériaux non conducteurs à faible teneur en diélectrique, comme les produits pétroliers légers et les poudres sèches, peuvent être mesurés lorsque la technologie et la configuration radar appropriées sont choisies.

Q7: Dans quel ordre devrait-on étudier une alarme "Perte d'écho" d'un émetteur de niveau radar?

A: Premièrement, vérifier si le niveau maximal du matériau a augmenté dans la zone aveugle de l'antenne;

Vérifier si la poussière épaisse et collante ou le lisier de charbon humide s'est accumulé sur la surface de l'antenne;

Vérifier si la pression d'alimentation en purge d'air est normale;

Vérifiez la tension d'alimentation de l'instrument et la résistance à l'isolation du câble anti-flammes, y compris si la résistance à l'isolation reste supérieure à 20 M.

Conclusion

Le choix d'un émetteur de niveau radar d'exploitation minière nécessite un examen complet de la cote de protection contre l'explosion, de la constante diélectrique des matériaux, de la concentration de poussières et des dimensions géométriques de l'espace de mesure. Pour les bunkers de charbon souterrains à longue portée à haute poussière et les silos à gangue haute, les émetteurs radar FMCW de 80 GHz offrent une forte combinaison de précision et de stabilité. Pour les espaces étroits, les matériaux à faible teneur en diélectrique ou les réservoirs de boue, le radar à ondes guidées (GWR) offre d'importants avantages techniques.

En tant que fabricant professionnel spécialisé dans le contrôle des procédés industriels et les applications de mesure minière, METRAVON fournit une gamme complète d'émetteurs radar à l'épreuve des explosions ainsi que des conseils de sélection sur le terrain pour les clients des industries minières, métallurgiques et énergétiques mondiales. Pour obtenir des documents de certification, des fiches techniques ou des devis d'acquisition de projets, veuillez contacter l'équipe d'ingénierie METRAVON.

Ressources connexes

Compteurs radar · Mesure des niveaux

Auteur: Arvin · Source: METRAVON Instruments