Руководство по выбору измерителя уровня радара

1. Основные технические принципы и типы передатчиков уровня горных радаров

В горнодобывающем машиностроении, на угольных заводах, в угольных бункерах электростанций и в хранилищах металлургических материалов непрерывный мониторинг на уровне материалов имеет решающее значение для автоматизированного питания и предотвращения переполнения бункеров и переполнения материалов. Измерение уровня добычи должно работать в суровых условиях, связанных с высокой концентрацией пыли, высокой влажностью, углом упокоения материала и сильным механическим воздействием. Промышленные радиолокационные передатчики уровня METRAVON в основном используют следующие два физических механизма измерения:

1. 1 Рефлексометрический волновой радар с временной областью (TDR / GWR)

Радиолокационные радиолокационные передатчики работают в соответствии с принципом рефлексометрии домена времени (TDR). Высокочастотные электромагнитные импульсы проходят вдоль направляемого стального кабеля или пробного стержня. Когда электромагнитный импульс достигает поверхности измеряемого материала, такого как угольный порошок или минеральные частицы, часть энергии импульса отражается из-за внезапного изменения диэлектрической постоянной (Dielectric Constant, εr) среды. Отраженная энергия образует эхо и возвращается вдоль направляемого элемента к приемнику.

Расстояние D между передатчиком и поверхностью материала пропорционально времени распространения электромагнитной волны Δt и рассчитывается по следующей формуле:

D = (c × Δt) / 2

где c - скорость света, приблизительно 3 × 10⁸М/с. Поскольку управляемый волновой радар использует проводник для управления электромагнитной энергией, ослабление сигнала очень низкое, что делает его особенно подходящим для майнинга сосудов хранения, содержащих материалы с относительно низкими диэлектрическими константами или для приложений с чрезвычайно ограниченным пространством для измерений.

Процесс измерения волнового радара (TDR)

Шаг 1 - Поколение импульсов:Передатчик генерирует высокочастотный электромагнитный импульс.

Шаг 2 – Распространение:Импульс движется вдоль стального кабеля или пробного стержня к поверхности материала.

Шаг 3 - Отражение поверхности:Когда импульс достигает поверхности материала, изменение диэлектрической постоянной εr вызывает отражение части электромагнитной энергии.

Шаг 4 - Возвращение эха:Отраженный импульс возвращается вдоль того же направляемого элемента к приемной электронике.

Шаг 5 - Расчет расстояния:Прибор измеряет разницу во времени распространения Δt и рассчитывает расстояние материала с помощью

D = (c × Δt) / 2.

1. 2 Радар непрерывных волн с частотной модуляцией (FMCW)

Радиолокационные передатчики с частотной модуляцией непрерывной волны (FMCW), такие как высокочастотный радар METRAVON 80 ГГц, используют технологию бесконтактного измерения. Радиолокационная антенна передает микроволновый сигнал, частота которого увеличивается линейно с течением времени за счет линейной частотной модуляции.

После того, как микроволновый сигнал достигает поверхности материала, он отражается и принимается приемной антенной. Поскольку частота передаваемого сигнала непрерывно изменяется, существует разность частот Δf между принятой частотой эха и передаваемой в настоящее время частотой. Эта разница частот пропорциональна расстоянию измерения D:

D = (c × Δf) / (2 × K)

где K - частота сканирования. В сочетании с чрезвычайно высокой рабочей частотой 80 ГГц технология FMCW обеспечивает очень высокое отношение сигнал/шум и высокую способность к измерению, что делает ее предпочтительной бесконтактной технологией измерения для высокопылевых горных и угольных бункеров.

Процесс измерения радаром FMCW

Шаг 1 - Частотный суп:Радиолокационный осциллятор генерирует микроволновый сигнал 80 ГГц, частота которого увеличивается линейно с течением времени.

Шаг 2 - Передача:Антенна передает частотно-модулированный микроволновый сигнал к поверхности сыпучих материалов.

Шаг 3 – Размышления:Микроволновый сигнал отражается от поверхности материала, в том числе наклонных поверхностей, образованных материальным углом покоя.

Шаг 4 - Прием Эхо:Антенна принимает отраженный микроволновый сигнал.

Шаг 5 - Расчет расстояния:Электроника вычисляет разность частот Δf между передаваемыми и принимаемыми сигналами и определяет расстояние с помощьюD = (c × Δf) / (2 × K).

2. Ключевые критерии покупки и параметры выбора для передатчиков уровня радара майнинга

Для экстремальных условий эксплуатации в подземных и наземных горных работах закупочный и инженерный персонал должен сосредоточиться на следующих пяти ключевых технических параметрах:

3. Стратегии выбора радиолокационных передатчиков для сложных условий добычи

Процесс выбора передатчика уровня радара

Шаг 1 - Определите среду хранения или процесса:Определите, является ли применение подземным угольным бункером с высокой пылью, шахтой с необработанным углем, кормовым бункером, резервуаром для сточных вод или резервуаром для суспензии.

Шаг 2 - Измерение высокой пыли и бесконтактности:Для угольных бункеров, бункеров и приложений, связанных с сильной пылью и углом упокоения материала, выберите80 ГГц FMCW радиолокационный передатчикНапример, METRAVON FMCW-80M.

Шаг 3 - Ограниченное пространство или низкая диэлектрическая постояннаяДля ограниченных пространств или сред с низкими диэлектрическими постоянными выберитевысокоинтенсивный управляемый волновой радарНапример, METRAVON GWR-MINE.

Шаг 4 - Коррозионные сточные воды или суспензии:Для узких резервуаров для сточных вод или суспензии, требующих управляемого измерения и коррозионной стойкости, рассмотримкоррозионностойкий радиолокационный передатчикНапример, METRAVON GWR-70.

3. 1 80 ГГц бесконтактный радиолокационный передатчик уровня FMCW: основные угольные бункеры

Условия эксплуатации:Большая высота падения материала, чрезвычайно высокая концентрация пыли и наклонные поверхности материала, вызванные углом покоя.

Требования к выбору:Следует выбрать радар FMCW 80 ГГц с углом луча передачи ≤3°. Узкий луч помогает проникать в слой пыли и фокусировать сигнал к центру свай материала, уменьшая ложные отголоски от грубых стенок силоса и внутренних структурных поверхностей. Также следует выбрать пневматическое соединение для очистки воздуха, чтобы сжатый воздух мог периодически очищать поверхность антенны.

3. 2 Управляемый радиолокационный передатчик уровня волны (GWR): бункеры для сжигания угля и узкие кормовые бункеры на заводах по подготовке угля

Условия эксплуатации:Ограниченное пространство для установки, внутренние усиливающие балки и питающие устройства, а также большие вариации диэлектрической постоянной материала.

Требования к выбору:Выберите управляемый волновой радар, оснащенный сверхпрочным стальным кабелем с высокой прочностью на растяжение не менее 20 кН. Рулевой стальной кабель ограничивает электромагнитную энергию вокруг кабеля и уменьшает помехи от внутренних стальных конструкций. В зависимости от конструкции применения нижняя часть кабеля может требовать весового или подходящего удерживающего устройства для поддержания положения кабеля и снижения риска механических повреждений, вызванных коллапсом материала.

4. Требования к инженерной установке и взрывозащищенности для передатчиков уровня управляемых волновых радаров

В горнодобывающих и угольных проектах стандартизированная установка имеет решающее значение для обеспечения долгосрочной стабильной работы инструмента. Ниже приведены стандартные процедуры строительства и установки передатчиков уровня управляемой волны:

4. 1 Позиция установки и принципы предотвращения препятствий

Избегайте входного материала:Положение установки должно избегать областей, подверженных прямому воздействию материала, чтобы предотвратить попадание больших кусков руды или другого материала в стальной кабель или антенну. При применении полипропилена/полиэтиленовой грануляции и очистки сточных вод инструмент может быть установлен вблизи центра. Для наружного дренажного резервуара дождевая вода может быть установлена на расстоянии примерно 400 мм от стенки резервуара, с устранением близлежащих препятствий.

Предотвращение изоляции и настенного контакта:Установите 2-дюймовый 150-фунтовый фланец на резьбовом соединении передатчика. Если используется изоляционная коробка, сделайте круговое отверстие диаметром D = 50 мм внизу. Сначала направляйте стальной кабель через центр отверстия, а затем закрепите фланец внутри изоляционной коробки. Убедитесь, что стальной кабель не касается металлической стенки изоляционной коробки, чтобы избежать помех паразитной емкости.

4. 2 Требования к электробезопасности взрыва и изоляции

Процесс электромонтажа

Шаг 1 - Защитное покрытие:Маршрутизируйте приборный кабель из защитного или изоляционного корпуса.

Шаг 2 - Кабельный канал:Используйте оцинкованный стальной трубопровод DN20 с защищенными резьбовыми соединениями.

Шаг 3 - Внутренне безопасный кабель:Направьте огнезащитный по своей сути безопасный сигнальный кабель через трубопровод к инструменту.

Шаг 4: Кабельная железа и капельная петля:Затянуть кабельную железу и создать нисходящую капельную петлю до того, как кабель войдет в корпус, чтобы предотвратить попадание конденсата в инструмент.

Шаг 5 - Взрывозащищенное соединение и заземление:Завершить соединение в соответствии с требованиями взрывозащищенной проводки и подключить кабельный экран к назначенной точке заземления с помощью одноточечного заземления.

Изоляция энергии:Перед демонтажем или установкой прибора в шкафу управления необходимо отключить источник питания, а провода положительного и отрицательного сигнала отключить.

Установка кабеля:Используйте 1 мм × 2 мм × 1. 5 мм огнезащитный по своей сути безопасный кабель. Трубопроводом должна быть оцинкованная стальная труба DN20 с надежно затянутыми резьбовыми соединениями.

Испытание изоляции:После того, как установка кабеля завершена, выполните изоляционное испытание с использованием мегохмметра. Установите испытательное напряжение до 500 В постоянного тока и непрерывно тестируйте в течение 60 секунд. Сопротивление изоляции должно быть ≥20 MΩ.

Водонепроницаемость и защита от влаги (Drip Loop):Приборная кабельная железа должна быть надежно затянута. При входе сигнального кабеля изгибайте кабель вниз и образуйте круговую капельную петлю диаметром приблизительно D = 100 мм, чтобы предотвратить прохождение конденсата и водяного пара по кабелю в корпус прибора.

Требования к фундаменту:Защитный слой экранированного кабеля должен быть заземлен в одной точке к выделенному внутреннему заземляющему терминалу корпуса передатчика уровня. Мощность может быть восстановлена только после подтверждения того, что нет непреднамеренного заземления или короткого замыкания.

4. 3 Настройки высокого уровня и слепой зоны

При использовании радиолокационного передатчика максимальный уровень материала никогда не должен входить в зону слепого измерения.

Установление предельного уровня:При настройке сигнализации высокого уровня необходимо зарезервировать достаточный клиренс для присущей инструменту верхней слепой зоны. Типичный диапазон отсчета составляет приблизительно 0. 1 м-0. 3 м для бесконтактных РЛС и примерно 0. 2 м-0. 5 м для управляемого волнового радара в зависимости от конкретной конструкции прибора.

Логика профилактики переполнения:Если максимальный уровень материала достигает слепой зоны, сильные отражения вблизи антенны могут привести к блокировке выхода на максимальном уровне или вызвать сигнал тревоги «Потеря эха», что может привести к неправильным действиям системы управления.

FAQ

Q1: Почему в горнодобывающей и металлургической промышленности широко используются радиолокационные передатчики уровня METRAVON?

A:Основными причинами являются их надежная конструкция взрывозащиты и сильная устойчивость к воздействию окружающей среды. Взрывозащищенные радиолокационные передатчики METRAVON предназначены для требовательных применений в опасных зонах, с безопасными и огнестойкими конфигурациями защиты, доступными в соответствии с требованиями модели. В то же время высокочастотное микроволновое измерение с частотой 80 ГГц обеспечивает высокую устойчивость к помехам от высоких концентраций пыли, водяного пара, изменения давления окружающей среды и значительных колебаний температуры, предлагая улучшенную стабильность измерения по сравнению с обычными ультразвуковыми и низкочастотными радиолокационными технологиями во многих приложениях для добычи полезных ископаемых.

Q2: Какие преимущества радиолокатор FMCW (Frequency-Modulated Continuous-Wave) обеспечивает сверхимпульсный радар при измерении угольных бункеров?

A:РЛС FMCW непрерывно передает сигналы в течение всего цикла частотного размаха и может обеспечить высокое отношение сигнал/шум. Уголь и аналогичные сыпучие материалы часто имеют свободные наклонные поверхности и могут сильно ослаблять микроволновые отражения. Обработка сигналов FMCW может помочь выявить слабые, но действительные отголоски материала и снизить вероятность «потери Эха» в сложных условиях измерения.

Q3: Повлияют ли высокие концентрации водяного пара и конденсации под землей на точность измерения уровня радара?

A:Сам водяной пар, как правило, оказывает ограниченное влияние на скорость распространения микроволновой печи. Однако, если пар конденсируется в капли воды на поверхности радиолокационной антенны, микроволновая энергия может быть ослаблена. Радиолокационные передатчики уровня METRAVON могут использовать антенны с поднятыми объективами PTFE с гидрофобными характеристиками. В сочетании со взрывозащищенным пневматическим воздухоочищающим устройством, где это применимо, эта конструкция помогает уменьшить влияние конденсации на измерение.

Q4: Как следует обрабатывать отклонение отраженной волны, вызванное углом угла упокоения материала, при измерении твердости навалом?

A:Наклонная поверхность материала может отражать часть микроволновой энергии к стенке силоса, а не обратно к антенне. Рекомендуемые решения включают:

Используйте радиолокационный передатчик METRAVON 80 ГГц с узким углом луча приблизительно 3° для уменьшения рассеяния;

Используйте регулируемый прицельный фланец во время установки, чтобы регулировать угол антенны радара так, чтобы пучок был направлен более перпендикулярно к наклонной поверхности материала;

Включите внутренние функции отслеживания поверхности материала или обработки ложного эха, где они поддерживаются.

Q5: Как можно защитить стальной кабель от чрезмерного натяжения или поломки во время разряда материала?

A:При выборе и установке следует учитывать следующие три момента:

Вычислите максимальную силу тяги, оказываемую материалом на кабель, и выберите кабель большой мощности с соответствующей прочностью на разрыв, например, более 20 кН, если это требуется приложением;

Избегать установки управляемого волнового радара непосредственно под входом материала или в центре нижнего выпускного отверстия;

Используйте подходящий способ крепления в соответствии с механическими условиями нагрузки, такими как верхняя подвеска со свободным подвешиванием нижнего конца или, где это уместно, сконструированное гибкое нижнее удерживающее устройство.

Q6: Какие материалы могут измерять интеллектуальные радиолокационные передатчики?

A:Интеллектуальные радиолокационные передатчики широко используются для угольных бункеров на угольных установках, золохранилищ на электростанциях, резервуаров для хранения кислоты и щелочи на нефтехимических объектах, суспензионных резервуаров, металлургических рудных бункеров и бункеров для пищевых продуктов. Как проводящая среда, так и многие низкодиэлектрические постоянные непроводящие материалы, такие как легкие нефтепродукты и сухие порошки, могут быть измерены при выборе соответствующей радиолокационной технологии и конфигурации.

Q7: В каком порядке следует исследовать сигнализацию «Потеря эха» от передатчика уровня радара?

A: Во-первых, проверьте, поднялся ли максимальный уровень материала в слепую зону антенны.

Проверьте, накопилась ли на поверхности антенны густая липкая пыль или мокрая угольная суспензия;

Проверьте, нормально ли давление подачи воздуха;

Проверьте напряжение питания прибора и сопротивление изоляции огнезащитного кабеля, в том числе, остается ли сопротивление изоляции выше 20 MΩ.

Заключение

Выбор передатчика уровня РЛС требует всестороннего рассмотрения рейтинга защиты от взрыва, диэлектрической постоянной материала, концентрации пыли и геометрических размеров пространства измерения. Для высокопылевых подземных угольных бункеров большой дальности и высотных бункеров, радиолокационные передатчики уровня FMCW 80 ГГц обеспечивают сильное сочетание точности и стабильности. Для узких пространств, низкодиэлектрических материалов или суспензионных резервуаров управляемая волновая РЛС (GWR) предлагает важные технические преимущества.

Как профессиональный производитель, обслуживающий приложения для управления промышленными процессами и измерения добычи, METRAVON предоставляет полный спектр взрывозащищенных радиолокационных передатчиков уровня вместе с руководством по выбору полей для клиентов в мировой горнодобывающей, металлургической и энергетической промышленности. Для получения взрывозащищенных сертификационных документов, технических бюллетеней или котировок закупок проекта, пожалуйста, свяжитесь с инженерной группой METRAVON.

Связанные с этим ресурсы

Радиометры уровня · Измерение уровня

Источник: METRAVON Instruments