METRAVON – 25 GHz/26 GHz – Thiết bị đo mức radar tần số cao: Nguyên lý hoạt động, đặc điểm kỹ thuật, cách lắp đặt mặt bích và Hướng dẫn thực hành kỹ thuật toàn diện

Trong kiểm soát quy trình công nghiệp, quản lý khu chứa hóa chất và giám sát các silo có bụi, việc đo lường liên tục với độ chính xác cao đối với mức độ (mức chất lỏng / mức vật liệu) trực tiếp quyết định đến an toàn sản xuất và hiệu quả tự động hóa hệ thống. Các thiết bị đo mức bằng radar tần số cao (bao gồm thiết bị đo mức chất lỏng và thiết bị đo mức vật liệu bằng radar xung tần số cao) sử dụng tần số truyền dẫn cao 25 GHz/26 GHz làm công nghệ cốt lõi, có phạm vi đo tối đa lên tới 30 mét, đồng thời hỗ trợ nhiều phương thức lắp đặt như kết nối ren và kết nối mặt bích.

Bài viết này hệ thống tổng hợp nguyên lý hoạt động, các đặc tính cốt lõi và ưu điểm, thông số lắp đặt mặt bích, các giải pháp ứng dụng trong các điều kiện vận hành cực đoan điển hình, cũng như kỹ thuật khắc phục sự cố tại hiện trường của các thiết bị đo mức radar tần số cao; nhằm cung cấp tài liệu hướng dẫn kỹ thuật toàn diện dành cho các nhà tích hợp hệ thống, các nhà thầu kỹ thuật (EPC) và các đội mua sắm.

I. Nguyên lý hoạt động và phép tính đo lường

Các thiết bị đo mức radar tần số cao METRAVON sử dụng thiết kế mạch microstrip tần số cao; mạch bên trong tạo ra các tín hiệu xung vi sóng tần số cao 25 GHz/26 GHz.

– Truyền xung: Dựa trên nguyên lý thiết kế ống dẫn sóng tần số cao, các xung vi sóng được truyền về phía bề mặt chất đo được thông qua đầu của ăng-ten PTFE (polytetrafluoroethylene) – loại ăng-ten có khả năng chống ăn mòn cao.
Hiện tượng phản xạ tín hiệu: Sau khi xung truyền đi đến bề mặt chất liệu được đo, một phần năng lượng sóng vi ba sẽ bị phản xạ trở lại ăng-ten và được thu nhận do sự thay đổi đột ngột của hằng số điện môi của chất liệu đó.
Tính toán độ giãn nở thời gian: Thiết bị được tích hợp bộ vi xử lý thông minh, sử dụng nguyên lý giãn nở thời gian (phương pháp Thời gian bay / phương pháp du hành thời gian) để tính toán chính xác khoảng thời gian Δt giữa xung truyền đi và xung nhận được.
Tính toán khoảng cách và độ cao: Dựa trên vận tốc lan truyền sóng điện từ c, khoảng cách từ mặt phẳng tham chiếu của ăng-ten đến bề mặt môi trường được tính theo công thức D = (c × Δt) / 2. Giá trị này sau đó được cộng với tổng chiều cao của ống dẫn để tính toán mức chất lỏng theo thời gian thực.

II. Các tính năng chính và ưu điểm nổi bật so với radar tần số thấp

So với loại radar xung tần số thấp 6 GHz truyền thống, các thiết bị đo mức radar tần số cao 25 GHz/26 GHz thể hiện những ưu điểm vượt trội về đặc tính vật lý và khả năng thích ứng với môi trường khắc nghiệt;

– Thông số hiệu suất	Lợi thế cốt lõi của Radar tần số cao (25 GHz / 26 GHz);	– Giới hạn của Radar tần số thấp (6 GHz);
– Góc chùm tia và năng lượng;	– Góc chùm tia hẹp và năng lượng tập trung cao, tín hiệu phản xạ mạnh, dễ tránh nhiễu do các vật cản bên trong bể chứa;	– Góc chùm tia rộng; năng lượng dễ phân tán và chiếu vào thành bể, tạo ra tín hiệu phản xạ giả.
– Công nghệ phản xạ mức độ vật rắn khối;	– Bước sóng ngắn (bước sóng 26 GHz xấp xỉ bằng 11 mm), đảm bảo hiệu suất phản xạ vượt trội trên bề mặt vật rắn khối nghiêng;	– Bước sóng dài gặp phải hiện tượng suy giảm tín hiệu phản xạ nghiêm trọng trên bề mặt vật liệu khối nghiêng;
– Khả năng thích ứng với các thiết bị chứa cỡ nhỏ;	– Ăng-ten tần số cao, kích thước nhỏ gọn, vùng chết nhỏ – hoàn toàn phù hợp cho các bồn chứa có đường kính nhỏ và chiều cao thấp.	Kích thước lớn của ăng-ten đặt ra yêu cầu cao về không gian lắp đặt và các khe hở trên thân thiết bị.
Khả năng chống nhiễm bẩn và hiện tượng ngưng tụ.	ăng-ten có thiết kế nhỏ gọn, cho phép dễ dàng lắp đặt lớp phủ bụi PTFE hoặc bề mặt chống ngưng tụ, từ đó giảm thiểu tác động của nhiễm bẩn và sự tích tụ hơi nước.	ăng-ten có xu hướng dễ hình thành lớp tích tụ vật liệu và hơi nước, dẫn đến hiện tượng suy hao tín hiệu vi sóng nghiêm trọng.
Công nghệ đo lường không tiếp xúc cách điện;	Tính định hướng ưu việt cho phép thực hiện phép đo thông qua cửa cách điện không kim loại đơn giản từ bên ngoài bình chứa;	Năng lượng vi sóng bị phân tán, khiến việc truyền dẫn ổn định qua các vật liệu cách điện trở nên khó khăn hơn;
Khả năng chịu đựng điều kiện môi trường;	Không bị ảnh hưởng bởi ăn mòn mạnh, bọt khí, hơi nước, biến động nhiệt độ hay áp suất; nồng độ bụi cao hầu như không gây ra nhiễu loạn.	Dễ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện pha hơi phức tạp và nhiễu từ bề mặt môi trường.

III. Các biện pháp phòng ngừa khi lắp đặt mặt bích và quy phạm điều chỉnh âm thanh phản xạ

Là điểm kết nối quy trình cốt lõi giữa máy đo mức radar và thiết bị chứa, hướng và góc lắp đặt mặt bích sẽ trực tiếp quyết định chất lượng âm thanh phản xạ:

1. Quy tắc định hướng đối với dấu chỉ báo mặt bích

– Việc lắp đặt bồn chứa thông thường: Dấu chỉ báo mặt bích phải chỉ chính xác về phía thành bồn hoặc tâm hình học của bồn chứa, nhằm đảm bảo chùm tia vi sóng không đi qua các thang, ống dẫn hay các cấu trúc bên trong.

– Việc lắp đặt giếng giảm áp: Dấu chỉ báo mặt bích phải chỉ chính xác về phía mặt giếng giảm áp nơi có lỗ mở (lỗ thông gió / lỗ cân bằng). Cách lắp đặt buồng bypass

Dấu chỉ dẫn mặt bích phải hướng chính xác về phía nơi các ống nối trên và ống nối dưới kết nối với bể chứa.

2. Điều chỉnh vật lý các tín hiệu phản xạ gây nhiễu và chức năng ức chế – Lưu trữ

Chẩn đoán tín hiệu: Trong quá trình vận hành radar, biên độ tín hiệu phản xạ trực tiếp phản ánh việc vị trí lắp đặt có phù hợp hay không; biên độ tín hiệu phản xạ thấp thường cho thấy sự tồn tại của vật cản hoặc sai lệch định hướng.

– Điều chỉnh xoay mặt bích theo từng bước: Trong quá trình vận hành thử nghiệm, hãy xoay mặt bích theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ mỗi lần một vị trí lỗ bu lông, quan sát sự thay đổi của dạng sóng và sử dụng đặc tính phân cực sóng vi ba để giảm thiểu tín hiệu phản xạ gây nhiễu.

Ứng dụng công nghệ supression tiếng vọng giả: Sử dụng chức năng học tiếng vọng tích hợp trên thiết bị để lưu trữ nhiễu tĩnh do các cấu trúc kim loại cố định bên trong bể tạo ra vào bộ lọc supression, từ đó đạt được hiệu suất đo lường tối ưu.

IV. Ba điều kiện vận hành cực đoan điển hình: Giải pháp kết hợp phần cứng và phần mềm

– Dành cho các môi trường phức tạp thường gặp trong các ứng dụng công nghiệp, METRAVON tóm tắt các giải pháp cấu hình và lắp đặt kỹ thuật sau đây:

Thùng chứa clinker cho nhà máy điện có bụi nặng (30 m-High – Thùng chứa):
– Giải pháp: 26 GHz – Radar tần số cao + ăng-ten parabol (hoặc ăng-ten có lớp che bụi bằng PTFE) + cụm flange xả bụi theo thời gian bằng khí nén (sử dụng dòng khí đo từ 0.2 MPa đến 0.4 MPa), cho phép làm sạch tự động bề mặt ăng-ten và thực hiện phép đo liên tục mà không cần bảo trì trong thời gian dài.
Máy phản ứng hóa học có tính ăn mòn cao, sử dụng cơ chế khuấy trộn mạnh và hơi nước;
Giải pháp: Sử dụng Ăng-ten chịu ăn mòn được bao bọc hoàn toàn bằng PTFE, không có phần kim loại phơi bày; kết hợp Ăng-ten này với giếng làm yên để cách ly vật lý các dao động bề mặt chất lỏng; hoặc kích hoạt thuật toán supression tiếng vọng giả động lực tích hợp trong thiết bị METRAVON để lọc nhiễu phát sinh từ các lưỡi khuấy.
Bể xử lý vô trùng dùng cho thực phẩm / dược phẩm – hỗ trợ quy trình vệ sinh nhiệt độ cao theo tiêu chuẩn CIP/SIP;
Nghiệm pháp: Sử dụng mặt bích kết nối nhanh vệ sinh loại Tri-Clamp + ăng-ten phẳng làm từ PTFE đã đánh bóng, đảm bảo không có vùng chết về mặt cấu trúc và thuận tiện cho việc vệ sinh trực tuyến ở nhiệt độ trên 130 °C;

V. Danh sách kiểm tra lựa chọn nguồn cung cho dự án công nghiệp và Hướng dẫn xử lý sự cố nhanh tại hiện trường;

1. Bảng kiểm chọn lựa kỹ thuật

Kiểm tra hằng số điện môi (Er): Nếu môi trường có Er > 3 (nước, chất lỏng axit hoặc kiềm), thì sử dụng ăng-ten tiêu chuẩn là đủ; nếu Er < 2 (dầu diesel, bột polyethylene), cần lựa chọnăng-ten parabol có độ lợi cao hoặc sử dụng hệ thống radar sóng dẫn hướng thay thế.

Kiểm tra tỷ lệ vị trí lắp đặt vòi cấp tín hiệu: Phần đáy bề mặt truyền tín hiệu của Ăng-ten phải vượt ra ít nhất 10 mm so với thành trong của vòi cấp tín hiệu nhằm ngăn chặn hiện tượng phản xạ nhiễu loạn mạnh từ thành vòi.

Tránh khu vực chết và cửa nạp: Vị trí lắp đặt phải cách tường bể hơn 200 mm (và lớn hơn 1/6 đường kính bể); đồng thời, thiết bị không được lắp đặt trực tiếp phía trên cửa nạp.

2. Bảng xử lý sự cố chẩn đoán tại chỗ –

Hiện tượng bất thường tại chỗ –	Phân tích nguyên nhân có thể xảy ra –	METRAVON Các bước giải pháp được kỹ sư đề xuất
Hiển thị trạng thái khóa ở giá trị tối đa (bể chứa đầy / bình chứa đầy)	hiện tượng ngưng tụ hoặc tích tụ nghiêm trọng trên ăngten, hoặc các hiện tượng phản xạ mạnh phát sinh bên trong vòi lắp đặt.	1. Lấy thiết bị ra và làm sạch bụi hoặc hơi nước khỏi bề mặt ăngten; 2. Đảm bảo phần đáy của ăngten nhô ra ngoài thành trong của vòi lắp đặt.
Giá trị đo được biến động mạnh khi bộ khuấy hoạt động;	Tia sóng vi ba chiếu trực tiếp vào các lưỡi khuấy hoặc tấm chắn chống sập áp suất.	1. Tháo bu lông mặt bích và xoay mặt bích một vị trí lỗ bu lông để điều chỉnh; 2. Thực hiện lại thao tác “học và lưu tín hiệu phản xạ giả”;
Tín hiệu đầu ra bị mất hoặc tín hiệu phản xạ yếu;	Biên độ phản xạ thấp hơn ngưỡng nhận dạng do hằng số điện môi quá thấp hoặc góc bề mặt vật liệu quá lớn;	1. Kiểm tra xem điểm đánh dấu mặt bích có chính xác hướng về tâm bể hay không; 2. Cơ cấu lại góc chùm tia hoặc thay thế Ăng-ten bằng Ăng-ten parabol có độ lợi cao.

VI. Tích hợp Bus Công nghiệp 4.0 và Các Tham số then chốt

Giao tiếp và Tích hợp Bus: Hỗ trợ nội bộ cho giao thức 4-20 mA + HART và bus công nghiệp RS485 Modbus RTU, cho phép kết nối trực tiếp và liền mạch với các hệ thống PLC và hệ thống DCS phổ biến như Siemens, Mitsubishi, cũng như các nền tảng IoT công nghiệp. Có thể chọn các mô-đun 4G / NB-IoT tùy chọn để kích hoạt việc truyền dữ liệu theo giao thức MQTT đến đám mây.

– Các thông số kỹ thuật chính: Phạm vi đo: từ 0 mét đến 30 mét; Độ chính xác: ±3 mm hoặc ±5 mm; Nhiệt độ quá trình: từ -40 °C đến +200 °C (có phiên bản tùy chỉnh cho điều kiện nhiệt độ cao lên đến +400 °C); Áp suất quá trình: từ -0.1 MPa đến 4.0 MPa; Có sẵn với hai chứng nhận chống nổ kép: Ex d IIC T6 Gb (chống cháy) / Ex ia IIC T6 Ga (an toàn nội tại).

VII. Dịch vụ và Hỗ trợ Kỹ thuật

Để đảm bảo tiến độ thực hiện dự án cũng như vận hành ổn định, bình thường của thiết bị tại hiện trường, METRAVON cung cấp đường dây hỗ trợ kỹ thuật chuyên biệt 10-hour – nơi các kỹ sư kỹ thuật sẽ phản hồi nhanh chóng đối với mọi thắc mắc và giải quyết các vấn đề thực tiễn liên quan đến việc lựa chọn sản phẩm, định vị flange, khởi động giao thức Modbus, cấu hình lưu trữ âm thanh và các thao tác khác tại hiện trường.

– Hỗ trợ Thiết kế Kỹ thuật và Nguồn lực Mua sắm

Bạn có cần nhận bản vẽ lắp ráp CAD/STP cho thiết bị đo mức radar tần số cao METRAVON, bảng phân bổ địa chỉ register Modbus, hoặc đơn báo giá tùy chỉnh cho dự án của mình không?

Vui lòng liên hệ với đội ngũ kỹ thuật và kỹ sư METRAVON – chúng tôi sẽ cung cấp dịch vụ hỗ trợ lựa chọn sản phẩm chuyên nghiệp theo hình thức cá nhân hóa!