Đo mức servo hay radar trong bồn: hướng dẫn lựa chọn

Thiết bị đo mức servo và radar đều được dùng cho bồn chứa, nhưng phải so sánh theo nhiệm vụ cụ thể. Điều khiển quá trình, quản lý tồn kho, đo phục vụ giao nhận thương mại, đo mặt phân cách và bảo vệ chống tràn có yêu cầu khác nhau về độ chính xác, khả năng truy xuất và mức dự phòng.

Thiết bị servo hạ một phao chiếm chỗ bằng dây đo và điều khiển vị trí của nó theo lực nổi tại bề mặt. Radar xác định khoảng cách đến bề mặt bằng tín hiệu vi sóng phản xạ. Hệ servo có thể đo mức, mặt phân cách và tỷ trọng nếu được cấu hình đúng; radar cung cấp phép đo không tiếp xúc, không có phần tử đo chuyển động bên trong bồn.

So sánh nhanh servo và radar

Nguyên lý của thiết bị đo mức servo

Bộ truyền động hạ phao chiếm chỗ tới bề mặt chất lỏng. Khi lực nổi đạt giá trị đặt trước, hệ thống giữ phao tại vị trí tương ứng và tính mức từ chiều dài dây đã nhả. Các hệ chuyên dụng có thể thực hiện chu trình di chuyển để tìm mặt phân cách hoặc xây dựng thông tin tỷ trọng.

Kết quả phụ thuộc vào tình trạng dây, tang cuốn, độ sạch của phao, tỷ trọng sản phẩm và đường di chuyển thẳng đứng không bị cản. Chất lỏng nhớt hoặc kết tinh có thể bám lên dây và phao. Dòng nạp, khuấy hoặc kết cấu bên trong bồn cũng có thể làm phao lệch khỏi phương thẳng đứng.

Nguyên lý của thiết bị đo mức radar

anten phát tín hiệu vi sóng về phía bề mặt. Bộ điện tử xác định khoảng cách bằng thời gian truyền xung hoặc, với radar FMCW, bằng chênh lệch tần số giữa tín hiệu phát và tín hiệu nhận. Mức được tính từ chiều cao tham chiếu của bồn và khoảng không đo được.

Radar không tiếp xúc với chất lỏng và không có bộ phận chuyển động trong bồn. Tuy vậy, độ tin cậy phụ thuộc vào vị trí anten, vùng phát sóng thông thoáng, hình dạng bồn, phản xạ giả và đặc tính bề mặt. Tần số và anten phải phù hợp với dải đo, đầu nối, áp suất, nhiệt độ và điều kiện vận hành.

Hơi, bọt và tính chất sản phẩm có ảnh hưởng đến radar không?

Thay đổi nhiệt độ và áp suất thông thường thường ảnh hưởng đến radar ít hơn so với phương pháp âm học, nhưng radar không hoàn toàn độc lập với quy trình. Ngưng tụ hoặc cặn dày trên anten, bề mặt phản xạ rất yếu, sôi mạnh, bọt dày hoặc hơi đặc có thể làm giảm chất lượng tín hiệu. Khả năng làm việc phải được xác nhận theo tài liệu của đúng kiểu thiết bị và điều kiện thực tế.

Độ chính xác phải được đánh giá ở cấp hệ thống

Con số độ chính xác trong datasheet chỉ là một phần của sai số cuối cùng. Đối với quản lý tồn kho hoặc giao nhận thương mại, còn phải xét bảng dung tích bồn, điểm tham chiếu, biến dạng thành bồn, nhiệt độ sản phẩm, bù thể tích, độ nghiêng khi lắp và cách hệ thống xử lý dữ liệu. Một cảm biến chính xác không thể bù cho dữ liệu hình học sai.

Nếu phép đo dùng cho giao nhận thương mại, cần xác định trước quy định áp dụng, phê duyệt kiểu, quy trình kiểm định và khả năng truy xuất. Không nên mặc định mọi thiết bị servo hoặc radar đều đáp ứng mục đích này.

Yêu cầu lắp đặt

Thiết bị servo cần một đường thẳng đứng tự do cho phao. Phải tránh cánh khuấy, ống trao đổi nhiệt, thang bồn và dòng nạp. Nếu dùng ống dẫn hướng, cần kiểm tra độ thẳng, lỗ cân bằng áp suất và nguy cơ đóng cặn.

Radar nên được đặt tránh đầu phun, kết cấu bên trong và thành bồn theo yêu cầu của góc phát. Cổ nối hẹp hoặc quá cao có thể tạo phản xạ giả. Sau khi lắp, cần ghi nhận đường bao tín hiệu ở các mức đã biết và lưu lại cấu hình loại bỏ phản xạ nhiễu.

Tích hợp tự động hóa, tồn kho và an toàn

Cả hai công nghệ đều có thể truyền dữ liệu mức về hệ điều khiển hoặc phần mềm quản lý tồn kho. Kỹ sư phải kiểm tra loại tín hiệu, giao thức, nguồn điện, nối đất, bảo vệ phòng nổ, thông tin chẩn đoán và trạng thái khi mất tín hiệu. Chẩn đoán chỉ có giá trị khi hệ thống cấp trên thực sự đọc và xử lý nó.

Không nên tự động coi thiết bị đo liên tục là lớp bảo vệ chống tràn độc lập. Với bồn quan trọng, công tắc mức cao riêng, mạch ngắt độc lập và thử nghiệm chức năng định kỳ phải được xác định qua đánh giá rủi ro và tiêu chuẩn của nhà máy.

Bảo trì và cải tạo hệ thống

Hệ servo cần kiểm tra dây, tang cuốn, bộ truyền động và phao chiếm chỗ. Radar thường giảm bảo trì cơ khí, nhưng anten vẫn phải được kiểm tra về cặn và ngưng tụ; chất lượng tín hiệu cũng phải được đánh giá lại khi sản phẩm hoặc kết cấu trong bồn thay đổi.

Khi thay thiết bị cũ, hãy kiểm tra đầu nối hiện có, chiều cao bồn, cáp, nguồn, giao thức và định dạng dữ liệu. Một thiết bị vừa về cơ khí chưa chắc tương thích với hệ quản lý tồn kho hoặc quy trình kiểm định đang sử dụng.

Quy trình lựa chọn

1. Xác định nhiệm vụ: điều khiển, tồn kho, giao nhận thương mại, mặt phân cách hay an toàn.
2. Thu thập dữ liệu về bồn, đầu nối, kết cấu bên trong và dải đo.
3. Mô tả sản phẩm: tỷ trọng, độ nhớt, hằng số điện môi, áp suất, nhiệt độ, bọt, hơi và cặn bám.
4. Xác định yêu cầu về độ chính xác, chứng nhận, chẩn đoán, giao tiếp và dự phòng.
5. So sánh lắp đặt, chạy thử, bảo trì và chi phí vòng đời.
6. Với ứng dụng khó, gửi bản vẽ bồn và dữ liệu quy trình để được đánh giá kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp

Radar có luôn tốt hơn servo không?

Không. Radar thuận lợi cho phép đo không tiếp xúc và thường có ít bộ phận chuyển động hơn. Servo có thể phù hợp hơn khi cần chức năng chuyên dụng để đo mặt phân cách hoặc tỷ trọng và quy trình cho phép phần tử tiếp xúc.

Radar có đo được khi có bọt không?

Có thể, nhưng kết quả phụ thuộc vào độ dày và đặc tính điện từ của bọt, tần số, anten và sản phẩm. Ứng dụng quan trọng cần được đánh giá bằng dữ liệu quy trình hoặc thử nghiệm.

Có bắt buộc dùng ống tĩnh không?

Không phải lúc nào cũng cần. Ống tĩnh có thể ổn định phép đo trong một số bồn, nhưng phải được thiết kế đúng. Đường kính không phù hợp, mối hàn, cặn và lỗ cân bằng bị tắc có thể tạo thêm sai số.

Nên chọn thiết bị nào cho chống tràn?

Trước tiên phải đánh giá rủi ro. Nhiều hệ thống sử dụng công tắc mức độc lập, mạch dừng riêng và lịch thử chức năng; thiết bị đo liên tục đóng vai trò kênh vận hành.

Kết luận

Công nghệ servo vẫn có giá trị trong các nhiệm vụ chuyên biệt về quản lý bồn và đo mặt phân cách. Radar thường được ưu tiên khi cần đo không tiếp xúc và giảm bảo trì cơ khí. Quyết định đúng phải dựa trên toàn bộ hệ thống gồm bồn, sản phẩm, độ chính xác, an toàn, tích hợp và bảo trì, không chỉ dựa trên một thông số trong catalogue.

Nguyên lý đo mức radar FMCW · Liên hệ METRAVON để đánh giá ứng dụng