Giải thích công cụ đo mức bằng radar tần số cao: Nguyên lý hoạt động, các thông số lựa chọn và ưu điểm ứng dụng

Các thiết bị đo mức bằng radar tần số cao sử dụng tần số truyền dẫn 26 GHz hoặc 24 GHz, giúp cải thiện đáng kể phạm vi đo lường và độ chính xác. Khi kết hợp với các ăng-ten được tối ưu hóa và bộ xử lý tín hiệu tốc độ cao, thiết bị có thể hoạt động ổn định trong các điều kiện phức tạp như môi trường ăn mòn mạnh, nhiệt độ cao hoặc môi trường có độ nhớt cao; do đó, chúng đặc biệt phù hợp cho việc đo mức trong các bồn chứa thẳng đứng và bồn hình cầu quy mô lớn.

Bài viết này trình bày một cách hệ thống các nguyên lý hoạt động, những yếu tố cần lưu ý khi lựa chọn cũng như những ưu điểm thực tiễn của các loại thiết bị đo mức bằng radar tần số cao, thiết bị đo mức bằng radar sóng dẫn hướng, thiết bị đo mức bằng ăngten parabol và thiết bị đo mức bằng radar sóng liên tục điều chế tần số, nhằm hỗ trợ các kỹ sư trong việc lựa chọn và lắp đặt đúng thiết bị phù hợp.

Các tính năng chính và lợi thế hiệu suất của thiết bị đo mức bằng radar tần số cao

– Thiết bị đo mức bằng radar tần số cao hoạt động ở tần số truyền dẫn 26 GHz/24 GHz; so với các sản phẩm tần số thấp, chúng thường có khoảng cách đo lường dài hơn và độ chính xác cao hơn. Các ăng-ten của chúng được tối ưu hóa thêm, trong khi các bộ xử lý hỗ trợ phân tích tín hiệu tốc độ cao hơn, giúp các thiết bị loại bỏ hiệu quả hơn các phản xạ giả, bụi, hơi nước và các dạng nhiễu khác, từ đó thu được dữ liệu đo lường chính xác hơn. Các thiết bị đo mức radar tần số cao

METRAVON và 26 GHz hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khắc nghiệt – bao gồm tình trạng ăn mòn mạnh, nhiệt độ cao hoặc môi trường có độ nhớt – và phù hợp cho các bồn chứa thẳng đứng cỡ lớn, bồn hình cầu cũng như các ứng dụng tương tự. Khi lắp đặt, cần lưu ý các điểm sau đây:

– Nên tránh đặt công tắc giới hạn, cảm biến nhiệt độ hoặc các thiết bị khác có thể tạo ra tín hiệu phản xạ giả trong góc truyền tín hiệu radar nếu có thể.
Một phần ba khu vực truyền dẫn hình nón nằm gầnăng-ten nên được đảm bảo không có vật cản. Nếu không thể tránh được điều này, có thể sử dụng một tấm phân hướng để định hướng lại các phản xạ giả mạnh, từ đó giảm mật độ năng lượng hồi âm giả và giúp cảm biến dễ dàng lọc bỏ các phản xạ này.
Không được lắp đặt thiết bị đo mức radar trực tiếp phía trên cửa nạp vật liệu.
Không được lắp đặt thiết bị tại vị trí trung tâm của bồn chứa hình vòm hoặc quá gần thành bồn. Khoảng cách từ thành trong của bể đến thành ngoài của vòi lắp đặt phải lớn hơn một phần sáu của đường kính bể.
Nên tránh các khu vực có dòng chảy xoáy mạnh, ví dụ như những vị trí có hoạt động khuấy động mạnh hoặc xảy ra phản ứng hóa học. Nếu cần, có thể lắp đặt giếng làm yên dòng hoặc buồng dẫn lưu.

Các biện pháp này có thể cải thiện đáng kể độ ổn định và độ tin cậy của việc đo lường.

Nguyên lý hoạt động của các bộ đo mức bằng radar sóng dẫn

– Các bộ đo mức bằng radar sóng dẫn hoạt động dựa trên nguyên lý thời gian truyền sóng. Sóng radar truyền đi với tốc độ ánh sáng; thời gian truyền sóng này được chuyển đổi thành tín hiệu mức bằng các mạch điện tử. Đầu dò phát ra các xung tần số cao dọc theo cáp dò; khi xung này đến bề mặt vật liệu, nó sẽ bị phản xạ và được bộ thu của thiết bị tiếp nhận. Tín hiệu khoảng cách sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu mức độ.

– Các thiết bị đo mức radar truyền thống sử dụng phương thức hoạt động “xuất – phản xạ – thu”. Ăng-ten phát sóng điện từ dưới dạng chùm tia; sau khi tín hiệu được phản xạ từ bề mặt vật liệu được đo, nó sẽ được Ăng-ten đó thu lại. Mỗi điểm trong dạng sóng truyền đi và dạng sóng phản xạ đều được lấy mẫu và xử lý bởi một bộ xử lý thông minh nhằm xác định khoảng cách giữa môi trường và đầu dò; sau đó, kết quả này được gửi đến thiết bị đầu cuối để hiển thị, phát tín hiệu cảnh báo hoặc thực hiện thao tác.

Do các xung radar sóng dẫn dắt di chuyển dọc theo đầu dò nên chúng thường ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu hơn, do đó phù hợp cho các điều kiện đo lường phức tạp hoặc các môi trường có hằng số điện môi tương đối thấp.

Các ứng dụng chính và điều kiện phù hợp cho máy đo mức radar dạng parabol

– Các thiết bị radar sử dụng ăng-ten parabol có góc phát xạ rất nhỏ và tính định hướng tốt hơn so với ăng-ten phẳng, nhờ đó ít bị nhiễu hơn. So với radar sử dụng ăng-ten hình nẹp truyền thống, ăng-ten parabol có thể thu được tín hiệu phản xạ mạnh và phong phú hơn, giúp nâng cao độ chính xác trong đo lường.

– Thiết bị này đặc biệt phù hợp cho các điều kiện vận hành có chứa các hạt lớn, bụi dày đặc hoặc các vật liệu có khả năng hấp thụ sóng vi ba mạnh. Khi lựa chọn, cần đánh giá kỹ lưỡng đặc tính thực tế của môi trường và điều kiện lắp đặt để tận dụng tối đa ưu điểm về khả năng chống nhiễu và độ chính xác cao của sản phẩm.

Các thông số then chốt cần cung cấp khi mua thiết bị đo mức radar

– Để đảm bảo việc lựa chọn mẫu thiết bị chính xác, bạn nên cung cấp cho nhà sản xuất các thông số kỹ thuật then chốt sau:

– Tần số hoạt động: 6.8 GHz – Radar xung tần số thấp, 26 GHz – Radar xung tần số cao hoặc 120 GHz – Radar FMCW (tần số 80–100 GHz);
Loại cảm biến: đầu dò sóng dẫn hướng, ăng-ten thanh, ăng-ten hình còi, ăng-ten phẳng, ăng-ten hình rơi hoặc ăng-ten parabol;
Nguồn cấp điện: 24 V DC hệ thống hai dây; 24 V DC/220 V AC hệ thống bốn dây;
Độ chính xác: ±0,2 % F. S.;
Khoảng đo: 0–100 m;
Áp suất vận hành: phạm vi tiêu chuẩn từ -0,1 đến 0,6 MPa; có các phiên bản tùy chỉnh cho phạm vi từ -0,1 đến 6 MPa;
– Nhiệt độ trung bình: phạm vi tiêu chuẩn ≤120 °C; các phiên bản nhiệt độ trung bình ≤260 °C; có các phiên bản tùy chỉnh cho nhiệt độ cao hơn;
– Đầu ra: 4-20 mA + HART; RS485/232;
– Chất lượng chống nổ: Ex d (ia) IIC T6.

Cần cung cấp tên môi trường, hằng số điện môi, loại và kích thước bình chứa, vị trí lắp đặt, cũng như việc có sử dụng khuấy trộn, hơi nước hoặc bụi hay không, nhằm giúp nhà sản xuất đề xuất loại ăngten và phương thức lắp đặt phù hợp nhất.

Đặc điểm và ưu điểm của thiết bị đo mức radar FMCW.

Các thiết bị đo mức radar dạng sóng liên tục điều chế theo tần số (FMCW) hoạt động dựa trên nguyên lý bộ dao động điều khiển bằng điện áp. Mạch điện bên trong của thiết bị tạo ra tín hiệu radar có tần số cơ bản khoảng 24 GHz và băng thông khoảng 1 GHz, trong đó băng thông tăng tuyến tính theo cách được kiểm soát. Tín hiệu này được truyền qua ăng-ten và thực hiện quá trình quét tần số tuyến tính.

FMCW radar là giải pháp đa dụng dùng để đo lường than, xi măng, ngũ cốc, alumina, đá vôi, nguyên liệu hóa chất và các loại vật liệu khác. Thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong các ngành xi măng, hóa chất, bảo vệ môi trường, phát điện, thực phẩm và nhiều ngành công nghiệp khác.

So với radar xung, radar FMCW thường có những ưu điểm về độ chính xác đo lường, khả năng chống nhiễu và tính thích ứng với các điều kiện vận hành phức tạp.

METRAVON Hướng dẫn về chất lượng và lựa chọn thiết bị đo mức bằng radar

Hiện nay, trên thị trường có nhiều thương hiệu thiết bị đo mức bằng radar sản xuất trong nước. Sản phẩm METRAVON sở hữu cấu tạo đơn giản, vận hành an toàn, thao tác lắp đặt thuận tiện và giá thành hợp lý, là lựa chọn đáng tin cậy.

– Bằng cách kết hợp các công nghệ radar tần số cao, radar sóng dẫn, radar ăng-ten parabol và radar FMCW, người dùng có thể lựa chọn tần số, loại ăng-ten và phương pháp lắp đặt phù hợp với điều kiện vận hành thực tế để thu được dữ liệu đo độ cao chính xác và ổn định hơn.

Việc lựa chọn đúng loại thiết bị và thực hiện lắp đặt theo tiêu chuẩn là yếu tố then chốt để khai thác tối đa hiệu suất của các thiết bị đo mực bằng radar. Nên tiến hành đánh giá toàn diện các đặc tính của môi trường, cấu trúc bồn chứa và các yếu tố nhiễu tại hiện trường. Khi cần thiết, có thể áp dụng các biện pháp hỗ trợ như giếng ổn định, buồng chuyển hướng hoặc tấm phân hướng nhằm đảm bảo vận hành ổn định và đáng tin cậy trong thời gian dài.

Câu hỏi thường gặp

Q1 – Bộ đo mức radar tần số cao và bộ đo mức radar thông thường có sự khác biệt như thế nào?

Các thiết bị đo mức bằng radar tần số cao sử dụng các tần số truyền dẫn như 26 GHz hoặc 24 GHz; loại thiết bị này thường cung cấp phạm vi đo lường dài hơn, độ chính xác cao hơn, bộ Ăng-ten và bộ xử lý được tối ưu hóa, cũng như khả năng chống nhiễu tốt hơn. Chúng đặc biệt phù hợp cho các bồn chứa lớn và các điều kiện vận hành phức tạp.

Q2: Thiết bị đo mức bằng radar sóng dẫn hoạt động như thế nào?

Radar sóng dẫn hoạt động dựa trên nguyên lý thời gian bay. Các xung tần số cao truyền dọc theo đầu dò cáp; khi đến bề mặt vật liệu, chúng bị phản xạ và truyền trở lại thiết bị. Thời gian lan truyền được chuyển đổi thành tín hiệu mức điện áp, và đường truyền dẫn được định hướng giúp giảm thiểu nhiễu.

Q3: Những điều kiện vận hành nào phù hợp với radar sử dụng ăng-ten parabol?

Ăng-ten parabol cung cấp góc truyền dẫn hẹp, tính định hướng mạnh và tín hiệu phản xạ rõ rệt. Các thiết bị này đặc biệt phù hợp để đo lường vật liệu có hạt kích thước lớn, bụi nhiều hoặc có khả năng hấp thụ sóng vi ba mạnh.

Q4: Cần cung cấp những thông số nào khi mua thiết bị đo mức bằng radar?

Các thông số chính bao gồm: tần số hoạt động, loại cảm biến, nguồn điện, độ chính xác, phạm vi đo, áp suất, nhiệt độ môi trường, tín hiệu đầu ra và cấp độ chống nổ. Cũng cần cung cấp tên chất lỏng, kích thước thiết bị, vị trí lắp đặt và điều kiện nhiễu tại hiện trường.

Q5: Lợi thế của hệ thống radar FMCW là gì?

– Radar FMCW sử dụng phương pháp đo lường theo dải tần số tuyến tính, mang lại độ chính xác cao, khả năng chống nhiễu mạnh và tính thích ứng tốt trong các điều kiện vận hành phức tạp. Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi đối với than, xi măng, nguyên liệu hóa chất và các chất lỏng khác trong các ngành như xi măng, hóa chất và sản xuất điện.

Q6: Những yếu tố lắp đặt quan trọng nhất đối với thiết bị đo mức bằng radar là gì?

Không nên lắp đặt thiết bị ngay phía trên cửa vào vật liệu, tại tâm bể hình mái vòm hoặc quá gần thành bể. Hãy đảm bảo góc truyền tín hiệu được tránh xa các vật cản nhất có thể. Trong các điều kiện có dòng xoáy mạnh hoặc nhiễu loạn cao, nên sử dụng giếng ổn định hoặc buồng bypass.

Q7: Chất lượng của thiết bị đo mức bằng radar METRAVON như thế nào?

Các thiết bị đo mức radar và METRAVON sở hữu cấu tạo đơn giản, vận hành an toàn, lắp đặt thuận tiện và giá thành hợp lý. Thiết bị này đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt – bao gồm môi trường ăn mòn, nhiệt độ cao hoặc môi trường có độ nhớt – do đó là lựa chọn đáng tin cậy cho các ứng dụng công nghiệp.