เรดาร์นำคลื่น: การเลือก การติดตั้ง และการทดสอบใช้งาน

บทสรุปทางวิศวกรรม:

เครื่องส่งสัญญาณระดับด้วยเรดาร์คลื่นนำทาง จะส่งพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงไปตามแท่ง สายเคเบิล หรือหัวตรวจวัดแบบโคแอกซิอัล เมื่อพัลส์ดังกล่าวมาถึงพื้นผิวหรือบริเวณรอยต่อที่คุณสมบัติของวัสดุไดอิเล็กทริกมีการเปลี่ยนแปลง สัญญาณบางส่วนจะถูกสะท้อนกลับมา เครื่องมือนี้จะใช้เวลาที่สัญญาณถูกสะท้อนกลับมาในการคำนวณตำแหน่งของระดับของของเหลวหรือตำแหน่งของบริเวณรอยต่อเรดาร์แบบคลื่นนำทางมีประโยชน์สำหรับเรือขนาดเล็ก พื้นที่แคบ งานที่มีการสั่นสะเทือน สื่อที่มีค่าไดอิเล็กทริกต่ำบางชนิด และการวัดค่าที่บริเวณรอยต่อ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องพิจารณาความยาวของโพรบ การสะสมของสัญญาณ ภาระทางกล และความเข้ากันได้ของวัสดุ

สารบัญ

• เครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์แบบคลื่นนำทางคืออะไร?

• เรดาร์แบบคลื่นนำทางทำงานอย่างไร?

• TDR คืออะไร?

• ประเภทของแท่ง, สายเคเบิล และหัววัดแบบโคแอกซิอัล

• ทำไมค่าคงที่ไดอิเล็กทริกจึงมีความสำคัญ?

• เรดาร์แบบคลื่นนำทาง vs. เรดาร์แบบพื้นที่อิสระ –

• เรดาร์แบบคลื่นนำทาง vs. เรดาร์ความถี่ 80 GHz –

• วิธีการผสานการทำงานกับ PLC, DCS หรือ RTU

• การติดตั้งเรดาร์แบบ Guided Wave –

• การเปิดใช้งานและการกำหนดค่า

• วิธีอ่านเส้นโค้ง Echo

• ปัญหาทั่วไปและการแก้ไขปัญหา

• การประยุกต์ใช้งานในภาคอุตสาหกรรมทั่วไป:

• รายการตรวจสอบการคัดเลือก

• FAQ

ตัวส่งสัญญาณระดับแบบเรดาร์แบบคลื่นนำทางคืออะไร?

ตัวส่งสัญญาณระดับแบบเรดาร์แบบคลื่นนำทางใช้แท่งโลหะ สายเคเบิล หรือโครงสร้างแบบ coaxial เพื่อนำสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปยังสื่อในกระบวนการ

เรดาร์แบบ Free-space จะส่งสัญญาณผ่านพื้นที่ของไอ ในขณะที่เรดาร์แบบ Guided Wave จะส่งสัญญาณตามเส้นทางของแท่งตรวจสอบ

เมื่อสัญญาณแบบ Guided Wave ไปถึงพื้นผิวของของเหลว พื้นผิวของวัสดุแข็งในปริมาณมาก หรือบริเวณรอยต่อที่คุณสมบัติไดอิเล็กทริกเปลี่ยนแปลง ส่วนหนึ่งของพลังงานจะถูกสะท้อนกลับไปตามเส้นทางเดิม

เรดาร์แบบ Guided Wave ทำงานอย่างไร?

สัญญาณพัลส์ความถี่สูง → การแพร่สัญญาณผ่านโพรบหรือสายเคเบิล → พื้นผิวผลิตภัณฑ์ → สัญญาณสะท้อนกลับ → การส่งกลับผ่านโพรบ → การประมวลผลสัญญาณ → ระยะทาง → ระดับ

สำหรับเรดาร์แบบคลื่นนำทางตามเวลาการบิน:

d = c × t / 2

หากEคือระยะทางอ้างอิงแบบว่าง:

H = E − d

ขึ้นอยู่กับแบบจำลอง อุปกรณ์สามารถส่งข้อมูลระดับ ระยะทาง สัดส่วน และในบางกรณี ตำแหน่งของอินเทอร์เฟซ

TDR คืออะไร?

TDR ย่อมาจากเทคนิคการวัดการสะท้อนในโดเมนเวลา (Time Domain Reflectometry) –สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าแบบพัลส์ที่มีความเร็วสูงจะเคลื่อนที่ไปตามตัวนำไฟฟ้า และสะท้อนกลับเมื่อสภาพความต้านทานไฟฟ้าหรือสภาพไดอิเล็กทริกมีการเปลี่ยนแปลง อุปกรณ์จะวัดเวลาการส่งกลับและลักษณะการสะท้อน เพื่อระบุตำแหน่งของจุดสะท้อน

ประเภทของโพรบแบบแท่ง, สายเคเบิล และโพรบแบบโคแอ็กเซียล

โพรบแบบแท่ง

แท่งโลหะที่มีความแข็งแรงนั้นมีความเสถียรทางกลและเหมาะสมสำหรับใช้กับถังขนาดเล็กถึงขนาดกลางหลายประเภท การติดตั้งจำเป็นต้องมีพื้นที่ในแนวตั้งที่เพียงพอสำหรับความยาวเต็มของแท่ง

โพรบแบบสายเคเบิล

สายเคเบิลแบบยืดหยุ่นมีประโยชน์สำหรับถังที่มีความสูง และขนส่งได้ง่ายกว่า อย่างไรก็ตาม การกวนอย่างรุนแรงอาจทำให้สายเคเบิลเคลื่อนที่ได้ และผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะเหนียวอาจสะสมอยู่บนสายเคเบิลได้ ขึ้นอยู่กับการใช้งาน อาจจำเป็นต้องใช้การยึดสายเคเบิลที่ด้านล่างหรือใช้น้ำหนักเพื่อคงตำแหน่ง

Coaxial Probe

แบบดีไซน์แบบ coaxial ช่วยจำกัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างเข้มข้นยิ่งขึ้น และสามารถใช้งานได้ดีในงานบางประเภทที่มีค่าไดอิเล็กทริกต่ำหรือใช้กับถังขนาดเล็กอย่างไรก็ตาม ระยะห่างภายในที่แคบทำให้ระบบมีความไวต่อการสะสมของสารหนืด การตกผลึก และสเลอร์ที่มีส่วนประกอบของของแข็งในสัดส่วนสูงมากขึ้น

ทำไมค่าคงที่ไดอิเล็กทริกจึงมีความสำคัญ?

ระบบเรดาร์แบบคลื่นนำทางจะรวมพลังงานไว้ตามแนวของโพรบ แต่ความเข้มของการสะท้อนยังคงขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงค่าไดอิเล็กทริกที่พื้นผิวของผลิตภัณฑ์

เมื่อเปรียบเทียบกับระบบเรดาร์แบบอิสระในพื้นที่ว่าง การส่งสัญญาณแบบนำทางสามารถเพิ่มความมั่นคงของสัญญาณได้ในสื่อบางชนิดที่มีค่าไดอิเล็กทริกต่ำอย่างไรก็ตาม ไม่ถูกต้องที่จะกล่าวว่าเรดาร์คลื่นนำทางไม่ขึ้นอยู่กับค่าคงที่ไดอิเล็กทริกแต่อย่างใด

เรดาร์คลื่นนำทาง vs.เรดาร์ในพื้นที่อิสระ

Radar แบบ Guided Wave เทียบกับ Radar ความถี่ 80 GHz

เมื่อ Radar แบบ Guided Wave มักคุ้มค่าที่จะพิจารณา

• ถังที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก

• ช่วงการวัดในระดับปานกลาง

• การประยุกต์ใช้งานเมื่อพลังงานแบบมีการนำทางมีประโยชน์

• ของเหลวที่มีค่าไดอิเล็กทริกต่ำ

• การวัดค่าที่ส่วนต่อประสาน

• พื้นผิวที่มีการกวนซึ่งสามารถทำให้โพรบมีความมั่นคงทางกลได้

เมื่อใช้เรดาร์ Free-Space ความถี่ 80 GHz มักควรพิจารณาใช้งาน

• การวัดแบบไม่สัมผัสทั้งหมดเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่า

• สื่อที่มีลักษณะเหนียวหรือมีชั้นเคลือบ

• การใช้โพรบที่มีความยาวเกินไปไม่เหมาะสมในทางปฏิบัติ

• ถังที่มีความสูง

• ช่องเชื่อมต่อกระบวนการขนาดเล็ก

• อุปกรณ์ภายในแบบซับซ้อนที่ต้องใช้ลำแสงแคบ;

• ไซโลสำหรับวัสดุแข็งในปริมาณมาก;

ระบบเรดาร์ความถี่ 80 GHz ไม่ได้หมายความว่า "ล้ำสมัยกว่า" ระบบเรดาร์แบบคลื่นนำทางเท่านั้น — เทคโนโลยีทั้งสองนี้ใช้แก้ปัญหาด้านกลศาสตร์และกระบวนการที่แตกต่างกัน;

วิธีการผสานระบบเรดาร์แบบคลื่นนำทางเข้ากับ PLC, DCS หรือ RTU;

กระแสไฟฟ้า 4–20 mA;

เรดาร์แบบคลื่นนำทาง → 4–20 mA → PLC AI / DCS

4–20 mA/HART

เรดาร์แบบคลื่นนำทาง → 4–20 mA/HART → ระบบ PLC / DCS / HART

HART สามารถรองรับการกำหนดค่าอุปกรณ์ การตั้งค่าช่วงสัญญาณ การวินิจฉัย และข้อมูลสถานะ นอกเหนือจากสัญญาณระดับอนาล็อกหลัก

RS485 Modbus RTU

บางรุ่นอาจรองรับการสื่อสารดิจิทัล โปรดตรวจสอบการตั้งค่าผลิตภัณฑ์ที่เฉพาะเจาะจง

เรดาร์แบบคลื่นนำทาง → RS485 Modbus RTU → RTU / PLC / Industrial Gateway

เรดาร์ →RS485→ Gateway →4G/ Ethernet →MQTT / HTTP → SCADA/ IoT

การติดตั้งเรดาร์แบบ Guided Wave –

1. หลีกเลี่ยงผลกระทบจากการเติมสารโดยตรง –

การไหลของสารขณะเติมอาจทำให้โพรบเคลื่อนที่ สร้างแรงเครื่องกล สะสมของสาร หรือเกิดเสียงสะท้อนที่ผิดปกติ –

2. จัดวางโพรบให้ห่างจากผนังถังและส่วนประกอบภายใน –

การสัมผัสอย่างต่อเนื่องในระยะยาวกับผนัง โครงยึด ขดลวด หรือส่วนประกอบโลหะอื่นๆ อาจก่อให้เกิดการสะท้อนเสียงเพิ่มเติมและทำให้เกิดการสึกหรอทางกลได้

3. พิจารณาการยึดจุดด้านล่างสำหรับเครื่องสอดตรวจแบบสายยาว

ในสภาวะการกวนหรือการไหลที่รุนแรง สายยาวอาจจำเป็นต้องมีการยึดจุดด้านล่าง งานออกแบบต้องคำนึงถึงแรงดึง ความขยายตัวจากอุณหภูมิ ภาระทางกล และการเข้าถึงสำหรับการบำรุงรักษา

4. ปรับความยาวของเครื่องสอดตรวจให้สอดคล้องกับภาชนะ

ก่อนสั่งซื้อ โปรดตรวจสอบความสูงของถัง ระยะห่างจากจุดเชื่อมต่อกระบวนการถึงพื้นถัง ตำแหน่งการวัดที่ต่ำที่สุด ระยะเว้นด้านล่าง และว่าจำเป็นต้องมีการยึดจุดด้านล่างหรือไม่

5.ป้องกันจุดเชื่อมต่อสายเคเบิลภายนอก:

ตรวจสอบจุดยึดสายเคเบิล, ซีลของตัวเรือน, วงล้อมป้องกันการหยดน้ำ, การต่อพื้นดินของแผงป้องกัน และค่าระดับความทนทานของตัวเรือน:

การติดตั้งและกำหนดค่า:

วิธีการติดตั้งทั่วไป ได้แก่ การใช้หน้าจอ LCD หรือปุ่มควบคุมในพื้นที่, เครื่องสื่อสารแบบพกพา HART, ซอฟต์แวร์สำหรับคอมพิวเตอร์ หรือระบบจัดการสินทรัพย์

อย่างน้อยที่สุด ให้ยืนยันค่าระยะทางอ้างอิงที่ว่างเปล่า, การปรับเทียบอย่างสมบูรณ์, ความยาวของโพรบ, ประเภทของสื่อ, หน่วยวัดทางวิศวกรรม, การปรับสเกลที่ 4 mA และ 20 mA, การลดความเร็ว (damping), โหมดการใช้งาน, และการตั้งค่าที่ปลายโพรบหรือการสะท้อนเสียงเทียม (false-echo)

วิธีการอ่านเส้นโค้งการสะท้อนเสียง

ลักษณะการสะท้อนเสียงทั่วไปอาจประกอบด้วย: พัลส์การส่งสัญญาณ, การสะท้อนจากจุดเชื่อมต่อกระบวนการ, การสะท้อนเสียงจากพื้นผิวผลิตภัณฑ์จริง, การสะท้อนเสียงจากส่วนต่อประสาน, การสะท้อนเสียงจากปลายโพรบ และการสะท้อนเสียงจากโครงสร้างที่มั่นคง

อย่าสันนิษฐานว่าจุดสูงสุดจะเป็นระดับที่ถูกต้องเสมอ โปรดเปรียบเทียบเส้นโค้งการสะท้อนกับระดับที่ทราบอยู่แล้ว ระยะอ้างอิงที่ว่างเปล่า ความยาวของโพรบ ตำแหน่งการรบกวนที่กำหนดไว้ และสถานะการติดตาม

ปัญหาทั่วไปและการแก้ไขปัญหา |

ทำไมการสร้างข้อมูลด้วยเครื่องตรวจสอบ (Probe Buildup) จึงมีความสำคัญ?

เนื่องจากแท่งหรือสายเคเบิลถูกส่งเข้าสู่พื้นที่กระบวนการโดยตรง ของเหลวที่เหนียว ผลิตภัณฑ์ที่กำลังตกผลึก สารสเลอร์ รีซิน และสื่อที่มีส่วนประกอบของแข็งสูง อาจก่อให้เกิดการสะท้อนแสงเพิ่มเติมตามแนวของโพรบ

สำหรับการใช้งานที่มีการสะสมของสิ่งส่งสัญญาณในระดับสูง รุ่นเรดาร์ความถี่ 80 GHz แบบใช้งานในพื้นที่อิสระอาจเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่า

เรดาร์คลื่นนำทางสามารถวัดค่าอินเทอร์เฟซได้หรือไม่?

รุ่นบางรุ่นของเรดาร์คลื่นนำทางสามารถวัดทั้งระดับสูงรวมและค่าอินเทอร์เฟซระหว่างของเหลวสองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้การวัดอินเทอร์เฟซที่มีความเสถียรขึ้นอยู่กับคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของเฟสด้านบนและด้านล่าง ชั้นอิมัลชัน ฟองอากาศ ประเภทของโพรบ และอัลกอริทึมเฉพาะของเครื่องมือ

แอปพลิเคชันอุตสาหกรรมทั่วไปของ METRAVON

1. ถังเก็บสารเคมี

เรดาร์แบบคลื่นนำทาง → 4–20 mA/HART → PLC / DCS

2. เครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กและถังที่มีการกวนสื่อ

การแพร่คลื่นแบบนำทางสามารถลดผลกระทบจากลักษณะทางเรขาคณิตของภาชนะที่แคบ ซึ่งลำแสงในพื้นที่อิสระมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงกับผนัง

3. การวัดรอยต่อระหว่างน้ำมัน/น้ำ หรือของเหลว/ของเหลว

ใช้โมเดลที่รองรับการวัดที่รอยต่อ และตรวจสอบสภาพความต่างของค่าไดอิเล็กทริกรวมถึงสภาวะของอิมัลชัน

4.ถังอุตสาหกรรมขนาดเล็ก –

เรดาร์แบบคลื่นนำทางสามารถใช้ได้ในกรณีที่เส้นผ่านศูนย์กลางของเรือมีขนาดเล็กและระยะเว้นของลำแสงในพื้นที่ว่างมีข้อจำกัด –

: 5. การบูรณาการ PLC / DCS / RTU –

เรดาร์แบบคลื่นนำ → 4–20 mA / HART / RS485 → PLC / DCS / RTU

รายการตรวจสอบการเลือกใช้เรดาร์แบบคลื่นนำ

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: เรดาร์คลื่นนำทางเป็นเรดาร์แบบไม่มีการสัมผัสหรือไม่?

ไม่ใช่ในความหมายเดียวกับเรดาร์ในพื้นที่อิสระ เนื่องจากแท่งหรือสายเคเบิลมักสัมผัสกับสื่อในกระบวนการ

คำถามที่ 2: เรดาร์คลื่นนำทางมีความเสถียรภาพมากกว่าเรดาร์ในพื้นที่อิสระเสมอหรือไม่?

ไม่ใช่ ระบบดังกล่าวอาจมีข้อได้เปรียบในเรือขนาดเล็ก ในสื่อที่มีค่าไดอิเล็กทริกต่ำบางชนิด หรือในสภาพแวดล้อมที่มีการกวนอย่างมีความเสถียรทางกลเรดาร์แบบ Free-Space สามารถใช้งานได้ดีขึ้นในกรณีที่มีการสะสมสัญญาณอย่างรุนแรง หรือเมื่อต้องการระยะการส่งสัญญาณที่ยาวมาก

Q3: เรดาร์แบบ guided wave สามารถวัดของเหลวที่มีค่าดิอิเล็กทริกต่ำได้หรือไม่?

โดยทั่วไปเป็นเช่นนั้น แต่ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกยังคงมีผลต่อความแรงของสัญญาณสะท้อน อย่างไรก็ตาม ไม่ควรถือว่าค่าดังกล่าวไม่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของวัสดุ

คำถามที่ 4: เครื่องตรวจวัดแบบสายเคเบิลจำเป็นต้องมีการยึดติดที่ด้านล่างเสมอหรือไม่?

ไม่จำเป็นเสมอไป แต่อาจพิจารณาการยึดติดสำหรับเครื่องตรวจวัดที่มีความยาวมาก หรือในสภาวะที่มีการเคลื่อนไหวอย่างรุนแรง ตามข้อกำหนดในการออกแบบผลิตภัณฑ์

คำถามที่ 5: สามารถตัดเครื่องตรวจวัดให้มีความยาวที่ต้องการในสนามปฏิบัติการได้หรือไม่?

ไม่จำเป็นเสมอไปบางรุ่นรองรับการย่อระยะการวัดแบบควบคุมผ่านการปรับความยาวของโพรบได้ ในขณะที่รุ่นอื่นไม่รองรับ โปรดปฏิบัติตามคำแนะนำเฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์นั้น

Q6: เรดาร์แบบคลื่นนำทางเหมาะสมสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดหรือไม่?

สามารถใช้ได้ แต่การสะสมของสิ่งสกัดอย่างรุนแรงบนโพรบอาจก่อให้เกิดเสียงสะท้อนเพิ่มเติมได้ สำหรับสื่อที่มีชั้นเคลือบอย่างหนา อาจเหมาะสมกว่าการใช้เรดาร์แบบอิสระในพื้นที่

Q7: เรดาร์แบบคลื่นนำทางสามารถวัดรอยต่อระหว่างน้ำกับน้ำมันได้หรือไม่?

บางรุ่นสามารถใช้งานได้ หากเงื่อนไขด้านไดอิเล็กทริกและชั้นอิมัลชันเหมาะสม

Q8: ทำไมการวัดค่าที่ระดับต่ำจึงอาจไม่เสถียร?

ค่าสะท้อนที่แท้จริงของผลิตภัณฑ์อาจใกล้เคียงกับค่าสะท้อนที่ปลายโพรบ โปรดตรวจสอบความยาวของโพรบ พฤติกรรมของปลายโพรบ และการตั้งค่าการบล็อกระดับต่ำ

Q9: สำหรับถังขนาดเล็ก วิธีใดดีกว่ากันระหว่างเรดาร์คลื่นนำทางหรือเรดาร์ความถี่ 80 GHz?

ทั้งสองวิธีสามารถใช้งานได้ดีเรดาร์แบบคลื่นนำทางจะจำกัดสัญญาณไว้ที่โพรบเท่านั้น ในขณะที่เรดาร์ความถี่ 80 GHz จะใช้ลำแสงในพื้นที่อิสระที่มีความแคบ ทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับการสร้างระบบ การจัดเตรียมพื้นที่ติดตั้ง และการเชื่อมต่อกับกระบวนการผลิต

Q10: เรดาร์แบบคลื่นนำทางสามารถเชื่อมต่อกับ PLC โดยตรงได้หรือไม่?

ได้ ขึ้นอยู่กับว่ารุ่นเฉพาะนั้นรองรับสัญญาณ 4–20 mA, HART หรือ RS485 Modbus RTU

บทสรุป;

เรดาร์แบบคลื่นนำทางจะส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไปตามแท่งหรือสายไฟ และคำนวณระดับจากสัญญาณสะท้อนที่ได้ วิธีนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในเรือขนาดเล็ก พื้นที่แคบ สื่อที่มีค่าไดอิเล็กทริกต่ำบางชนิด และการประยุกต์ใช้ที่บริเวณรอยต่อ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ความยาวของโพรบ การสะสมของสัญญาณ ภาระทางกล อุณหภูมิ ความดัน และข้อกำหนดเกี่ยวกับบริเวณรอยต่อ

METRAVON – การเลือกใช้เครื่องเรดาร์แบบคลื่นนำทางและเครื่องวัดระดับ:

สำหรับการประเมินโครงการ โปรดระบุชื่อสื่อ, พฤติกรรมด้านไดอิเล็กทริก, ระดับสูงสุดและระดับต่ำสุด, ความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลางของถัง, อุณหภูมิ, ความดัน, ความหนืด, สภาวะการตกผลึกหรือการสะสมของสิ่งส่งผล, การกวน, การเชื่อมต่อกระบวนการ, ข้อกำหนดการวัดผ่านอินเทอร์เฟซ, อินเทอร์เฟซเอาต์พุต, ระบบโฮสต์ และภาพถ่ายสถานที่หรือแบบร่างถัง

หมวดผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง

26 GHz · 80 GHz · GWR / TDR