อธิบายเครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์ความถี่สูง: หลักการทำงาน, พารามิเตอร์ในการเลือกใช้งาน และข้อดีในการประยุกต์ใช้งาน

เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์ความถี่สูงใช้ความถี่ในการส่งสัญญาณ 26 GHz หรือ 24 GHz ช่วยยกระดับช่วงการวัดและความแม่นยำได้อย่างมีนัยสำคัญ เมื่อผสานกับเสาอากาศที่ได้รับการปรับแต่งให้เหมาะสมและตัวประมวลผลสัญญาณความเร็วสูง ชุดอุปกรณ์นี้สามารถทำงานได้อย่างมั่นคงภายใต้สภาวะที่ซับซ้อน เช่น สภาวะการกัดกร่อนอย่างรุนแรง อุณหภูมิสูง หรือสื่อที่มีความหนืด จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดระดับในถังแนวตั้งขนาดใหญ่และถังทรงกลม

บทความนี้อธิบายอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับหลักการทำงาน ปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการเลือกใช้ และข้อดีในทางปฏิบัติของเครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์ความถี่สูง เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์แบบคลื่นนำทาง เครื่องวัดด้วยเรดาร์ที่ใช้เสาอากาศรูปพาราโบลา และเครื่องวัดเรดาร์แบบคลื่นต่อเนื่องที่มีการปรับเปลี่ยนความถี่ ซึ่งช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกและติดตั้งเครื่องมือที่เหมาะสมได้อย่างถูกต้อง

คุณลักษณะหลักและข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของเครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์ความถี่สูง;

เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์ความถี่สูงทำงานที่ความถี่ในการส่งสัญญาณ 26 GHz/24 GHz: เมื่อเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์ที่ใช้ความถี่ต่ำ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มักมีระยะการวัดที่ยาวกว่าและมีความแม่นยำสูงกว่า เสาอากาศของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้รับการปรับแต่งให้เหมาะสมยิ่งขึ้น ในขณะที่โปรเซสเซอร์รองรับการวิเคราะห์สัญญาณที่มีความเร็วสูงขึ้น ซึ่งช่วยให้เครื่องมือสามารถกำจัดสัญญาณสะท้อนที่ผิดพลาด ฝุ่น ไอน้ำ และสัญญาณรบกวนอื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และได้ข้อมูลการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้น

METRAVON 26 GHz เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์ความถี่สูงสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาวะที่มีความต้องการสูง เช่น บริเวณที่มีการกัดกร่อนอย่างรุนแรง อุณหภูมิสูง หรือในสื่อที่มีความหนืด และเหมาะสมสำหรับการใช้งานกับถังแนวตั้งขนาดใหญ่ ถังทรงกลม หรือการใช้งานในลักษณะที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้น ควรพิจารณาประเด็นต่อไปนี้ในระหว่างการติดตั้ง:

• ควรหลีกเลี่ยงการติดตั้งสวิตช์จำกัด เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ หรืออุปกรณ์อื่นใดที่อาจก่อให้เกิดการสะท้อนสัญญาณที่ผิดพลาดภายในมุมส่งสัญญาณของเรดาร์ ให้สามารถทำได้ในทุกกรณี;

• ส่วนหนึ่งในสามของโซนส่งสัญญาณรูปกรวยที่อยู่ใกล้กับเสาอากาศ ควรเป็นพื้นที่ที่ปราศจากสิ่งกีดขวางหากไม่สามารถหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้ได้ สามารถใช้แผ่นเบี่ยงทิศทางเพื่อเปลี่ยนทิศทางของสัญญาณสะท้อนเทียมที่มีความเข้มสูง ซึ่งจะช่วยลดความหนาแน่นของพลังงานสะท้อนเทียม และทำให้เซนเซอร์สามารถกรองสัญญาณเหล่านี้ออกไปได้ง่ายขึ้น

• อย่าติดตั้งเครื่องวัดระดับแบบเรดาร์ไว้ตรงเหนือช่องรับวัสดุ

• อย่าติดตั้งเครื่องวัดไว้ที่บริเวณตรงกลางของถังทรงโดม หรือติดตั้งอยู่ใกล้กับผนังถังมากเกินไประยะห่างจากผนังด้านในของถังไปยังผนังด้านนอกของหัวติดตั้งควรมากกว่าหนึ่งในหกของเส้นผ่านศูนย์กลางถัง

• หลีกเลี่ยงบริเวณที่มีการไหลแบบหมุนวนอย่างรุนแรง เช่น ตำแหน่งที่มีการกวนสารอย่างรุนแรงหรือมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น หากจำเป็น ให้ติดตั้งบ่อระงับการไหลหรือห้องเบี่ยงทาง

มาตรการเหล่านี้สามารถเพิ่มความมั่นคงและความน่าเชื่อถือในการวัดได้อย่างมีนัยสำคัญ

| หลักการทำงานของเครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์แบบคลื่นนำ

เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์แบบคลื่นนำทำงานตามหลักการ "เวลาการเดินทาง" (time-of-flight) โดยคลื่นเรดาร์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วของแสง และเวลาในการเดินทางนี้จะถูกแปลงเป็นสัญญาณระดับด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ตัววัดจะส่งสัญญาณพัลส์ความถี่สูงผ่านสายเคเบิลไปยังตัววัด เมื่อพัลส์ส่งถึงพื้นผิวของวัสดุ จะเกิดการสะท้อนกลับและถูกเครื่องรับของอุปกรณ์รับสัญญาณกลับมาสัญญาณระยะทางจะถูกแปลงเป็นสัญญาณระดับ จากนั้น

เครื่องวัดระดับแบบเรดาร์แบบดั้งเดิมใช้รูปแบบการทำงานแบบ "ส่ง–สะท้อน–รับ" โดยเสาอากาศจะส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปแบบของลำแสง เมื่อสัญญาณถูกสะท้อนจากพื้นผิวของวัสดุที่วัด จะถูกเสาอากาศเครื่องเดียวกันรับกลับจุดแต่ละจุดในรูปแบบคลื่นที่ส่งออกไปและคลื่นที่สะท้อนกลับจะถูกสุ่มตัวอย่างและประมวลผลโดยโปรเซสเซอร์อัจฉริยะ เพื่อคำนวณหาระยะทางระหว่างสื่อและโพรบ จากนั้นผลลัพธ์จะถูกส่งไปยังอุปกรณ์ปลายทางเพื่อแสดงผล แจ้งเตือน และใช้งาน

เนื่องจากสัญญาณเรดาร์แบบคลื่นนำทางเคลื่อนที่ตามแนวของโพรบ จึงมักได้รับผลกระทบจากสัญญาณรบกวนน้อยกว่า และเหมาะสมสำหรับการวัดในสภาวะที่ซับซ้อน หรือในสื่อที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกค่อนข้างต่ำ

แอปพลิเคชันหลักและเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับเครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์แบบพาราโบลิก;

เครื่องมือวัดเรดาร์ที่ใช้เสาอากาศแบบพาราโบลิกมีมุมส่งสัญญาณที่เล็กมากและมีความเฉพาะทางสัญญาณที่ดีกว่าเสาอากาศแบบพื้นผิว ทำให้เครื่องมือเหล่านี้มีความเสี่ยงต่อการรบกวนน้อยกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับเรดาร์ที่ใช้เสาอากาศแบบ ฮอร์น แบบดั้งเดิม เสาอากาศแบบพาราโบลิกสามารถรับสัญญาณสะท้อนที่มีความเข้มข้นและมีความหลากหลายมากกว่า ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวัดค่าได้

อุปกรณ์เหล่านี้มีความเหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับสภาวะการใช้งานที่มีอนุภาคขนาดใหญ่ ฝุ่นหนัก หรือวัสดุที่มีความสามารถในการดูดซับคลื่นไมโครเวฟสูง ในการเลือกใช้งาน ควรประเมินคุณลักษณะของสื่อจริงและสภาวะการติดตั้งอย่างละเอียด เพื่อใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบด้านความทนทานต่อการรบกวนและค่าความแม่นยำสูงได้อย่างเต็มที่

พารามิเตอร์สำคัญที่ควรแจ้งให้ผู้ผลิตทราบเมื่อซื้อเครื่องวัดระดับเรดาร์

– เพื่อให้มั่นใจในการเลือกแบบเครื่องวัดที่เหมาะสม ขอแนะนำให้แจ้งพารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักดังต่อไปนี้ให้กับผู้ผลิต:

• ความถี่ในการทำงาน: ระบบเรดาร์แบบพัลส์ความถี่ต่ำ 6.8 GHz, เรดาร์ 26 GHz แบบพัลส์ความถี่สูง หรือ 80–120 GHz FMCW เรดาร์;

• ประเภทเซนเซอร์: โพรบแบบคลื่นนำทาง, เสาอากาศแบบแท่ง, เสาอากาศแบบฮอร์น, เสาอากาศแบบระนาบ, เสาอากาศรูปทรงตกลง, หรือเสาอากาศแบบพาราโบลิก;

• แหล่งจ่ายไฟ: ระบบสายสองเส้น 24 V DC; ระบบสายสี่เส้น 24 V DC/220 V AC;

• ความแม่นยำ: ±0.2 % F. S.;

• ช่วงการวัด: 0–100 ม.

• แรงดันการใช้งาน: ช่วงมาตรฐาน -0.1 ถึง 0.6 MPa; มีรุ่นที่ออกแบบเฉพาะให้เลือกใช้ในช่วง -0.1 ถึง 6 MPa;

• – อุณหภูมิระดับปานกลาง: รุ่นมาตรฐาน ≤120 °C, รุ่นอุณหภูมิระดับปานกลาง ≤260 °C; มีรุ่นที่ออกแบบเฉพาะสำหรับอุณหภูมิสูงสำหรับการใช้งานในสภาวะอุณหภูมิที่สูงกว่านี้;

• – ค่าเอาต์พุต: 4-20 mA + HART; RS485/232;

• – ระดับความปลอดภัยจากการระเบิด: Ex d (ia) IIC T6

ควรระบุชื่อของสื่อ ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ประเภทและขนาดของภาชนะ ตำแหน่งการติดตั้ง รวมถึงการมีอยู่ของสิ่งกระตุ้น การใช้ไอน้ำ หรือฝุ่น เพื่อให้ผู้ผลิตสามารถแนะนำเสาอากาศและวิธีการติดตั้งที่เหมาะสมที่สุดได้

คุณลักษณะและข้อดีของเครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์แบบ FMCW

คลื่นต่อเนื่องที่มีการปรับความถี่ (FMCW เครื่องวัดระดับแบบเรดาร์ใช้หลักการของตัวสั่นแบบควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า โดยวงจรภายในจะสร้างสัญญาณเรดาร์ที่มีความถี่พื้นฐานประมาณ 24G มีความถี่ (Hz) และแถบความถี่ประมาณ 1 GHz ซึ่งเพิ่มขึ้นแบบเชิงเส้นในลักษณะที่ควบคุมได้ สัญญาณนี้ถูกส่งผ่านเสาอากาศและดำเนินการสแกนความถี่แบบเชิงเส้น

FMCW Radar เป็นโซลูชันทั่วไปสำหรับการวัดปริมาณถ่านหิน ซีเมนต์ เมล็ดพืช อัลูมินา หินปูน วัตถุดิบทางเคมี และวัสดุอื่นๆอุปกรณ์นี้ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อิฐซีเมนต์, อุตสาหกรรมเคมี, การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม, การผลิตไฟฟ้า, อุตสาหกรรมอาหาร และอุตสาหกรรมอื่นๆ

เมื่อเปรียบเทียบกับเรดาร์แบบพัลส์ เรดาร์แบบ FMCW โดยทั่วไปมีข้อได้เปรียบในด้านความแม่นยำของการวัด ความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวน และความสามารถในการปรับตัวให้เหมาะสมกับสภาวะการทำงานที่ซับซ้อน

METRAVON คำแนะนำเกี่ยวกับคุณภาพและการเลือกใช้เครื่องวัดระดับแบบเรดาร์

ปัจจุบันมีแบรนด์เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์จากประเทศจีนจำนวนมากวางจำหน่ายในตลาดผลิตภัณฑ์ METRAVON มีโครงสร้างที่เรียบง่าย การใช้งานที่ปลอดภัย การติดตั้งที่ง่ายดาย และราคาที่คุ้มค่า ทำให้เป็นทางเลือกที่น่าเชื่อถือ

โดยการผสานเทคโนโลยีเรดาร์ความถี่สูง เรดาร์คลื่นนำทาง เรดาร์เสาอากาศแบบพาราโบลิก และเทคโนโลยีเรดาร์ FMCW เข้าด้วยกัน ผู้ใช้งานสามารถเลือกความถี่ ประเภทของเสาอากาศ และวิธีการติดตั้งที่เหมาะสมตามเงื่อนไขการใช้งานจริง เพื่อให้ได้ข้อมูลการวัดระดับที่แม่นยำและมีความเสถียรภาพมากยิ่งขึ้น

การเลือกโมเดลที่ถูกต้องและการติดตั้งตามมาตรฐานเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพของเครื่องวัดระดับแบบเรดาร์อย่างเต็มที่ แนะนำให้ประเมินลักษณะของสื่อวัด โครงสร้างของภาชนะ และปัจจัยรบกวนในสถานที่อย่างครอบคลุม หากจำเป็น สามารถใช้มาตรการเสริม เช่น บ่อยับยั้งการสั่นสะเทือน ห้องเบี่ยงทาง หรือแผ่นเบี่ยงทิศทาง เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือในการทำงานในระยะยาว

คำถามที่พบบ่อย;

คำถามที่ 1: ความแตกต่างระหว่างเครื่องวัดระดับเรดาร์ความถี่สูงกับเครื่องวัดระดับเรดาร์แบบดั้งเดิมคืออะไร?

เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์ความถี่สูงใช้ความถี่ในการส่งสัญญาณ เช่น 26 GHz หรือ 24 GHz โดยทั่วไปให้ช่วงการวัดที่ยาวขึ้น ความแม่นยำสูงขึ้น เสาอากาศและโปรเซสเซอร์ที่ได้รับการปรับแต่งอย่างเหมาะสม และความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนได้ดีขึ้น ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับถังเก็บก๊าซขนาดใหญ่และสภาวะการใช้งานที่ซับซ้อน

Q2: เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์แบบคลื่นนำทางทำงานอย่างไร?

เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์แบบคลื่นนำทางทำงานตามหลักการ "เวลาการบิน" (time-of-flight)สัญญาณพัลส์ความถี่สูงจะเคลื่อนที่ผ่านโพรบแบบสายเคเบิล เมื่อสัญญาณไปถึงพื้นผิวของวัสดุจะเกิดการสะท้อนและกลับคืนสู่เครื่องมือ ช่วงเวลาในการส่งผ่านจะถูกแปลงเป็นสัญญาณระดับ และเส้นทางการส่งสัญญาณแบบนำทางช่วยลดสัญญาณรบกวนได้

Q3: สภาวะการใช้งานใดที่เหมาะสมสำหรับเรดาร์ที่ใช้เสาอากาศรูปพาราโบลิก?

เสาอากาศรูปพาราโบลิกให้มุมการส่งสัญญาณที่แคบ มีความเฉพาะทางสัญญาณที่สูง และให้สัญญาณสะท้อนที่มีความเข้มข้นสูงอุปกรณ์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดวัสดุที่มีอนุภาคขนาดใหญ่ ฝุ่นหนัก หรือมีการดูดซับคลื่นไมโครเวฟสูง

Q4: ควรระบุพารามิเตอร์ใดบ้างเมื่อซื้อเครื่องวัดระดับแบบเรดาร์?

พารามิเตอร์หลัก ได้แก่ ความถี่ในการทำงาน, ประเภทของเซนเซอร์, แหล่งจ่ายไฟ, ความแม่นยำ, ช่วงการวัด, ความดัน, อุณหภูมิของสื่อ, สัญญาณเอาต์พุต และระดับความทนทานต่อการระเบิดควรระบุชื่อของสื่อ ขนาดของภาชนะ ตำแหน่งการติดตั้ง และสภาวะการรบกวนในพื้นที่ด้วยเช่นกัน

Q5: ข้อดีของระบบเรดาร์ FMCW คืออะไร?

ระบบเรดาร์ FMCW ใช้การวัดแบบ sweep ความถี่เชิงเส้น ซึ่งให้ความแม่นยำสูง ความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนได้ดี และมีความสามารถในการปรับตัวได้ดีในสภาวะการทำงานที่ซับซ้อน ระบบดังกล่าวถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายสำหรับวัสดุต่างๆ เช่น ถ่านหิน ปูนซีเมนต์ วัตถุดิบทางเคมี และสื่ออื่นๆ ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ เคมีภัณฑ์ และการผลิตไฟฟ้า

Q6: ข้อพิจารณาในการติดตั้งเครื่องวัดระดับแบบเรดาร์ที่สำคัญที่สุดมีอะไรบ้าง?

หลีกเลี่ยงการติดตั้งเครื่องมือไว้ตรงเหนือช่องรับวัสดุ ที่จุดศูนย์กลางของถังทรงโดม หรือใกล้กับผนังถังมากเกินไป ควรจัดให้มุมส่งสัญญาณไม่ถูกขัดขวางด้วยสิ่งกีดขวางให้มากที่สุด สำหรับสภาวะที่มีการหมุนวนของของเหลวอย่างรุนแรงหรือมีการรบกวนสูง แนะนำให้ใช้บ่อระงับการไหลหรือห้องเบี่ยงเบนการไหล

Q7: คุณภาพของเครื่องวัดระดับแบบเรดาร์ METRAVON อยู่ในระดับใด?เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์

METRAVON เครื่องวัดระดับแบบเรดาร์มีโครงสร้างที่เรียบง่าย การใช้งานที่ปลอดภัย การติดตั้งที่สะดวก และราคาที่คุ้มค่า ซึ่งสามารถให้ประสิทธิภาพที่มั่นคงในสภาวะที่มีความต้องการสูง เช่น สภาวะการกัดกร่อน อุณหภูมิสูง หรือสื่อที่มีความหนืด ทำให้เครื่องมือชนิดนี้เป็นทางเลือกที่น่าเชื่อถือสำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม