Thiết bị đo mức radar tần số cao: Nguyên lý hoạt động, Các tính năng chính và Hướng dẫn lắp đặt mặt bích

Trong lĩnh vực tự động hóa quy trình công nghiệp và quản lý kho bãi hiện đại, việc đo mức liên tục có liên quan trực tiếp đến hiệu suất sản xuất và an toàn tài sản. Nhờ những ưu điểm như phương pháp đo không tiếp xúc, độ chính xác cao, độ tin cậy lớn và nhu cầu bảo trì cực kỳ thấp, các thiết bị đo mức bằng radar tần số cao đã trở thành giải pháp đo lường quan trọng cho các vật liệu rời, các bình chứa chất lỏng cũng như trong các điều kiện vận hành phức tạp liên quan đến bụi nặng hoặc hiện tượng ngưng tụ.

Bài viết này cung cấp giải thích chuyên sâu về nguyên lý hoạt động, đặc tính hiệu suất và các yêu cầu kỹ thuật đối với việc lắp đặt và đưa vào vận hành van nối của các thiết bị đo mức radar tần số cao, nhằm cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật khách quan cho các nhà tích hợp hệ thống, các nhà thầu kỹ thuật (EPC) và các khách hàng công nghiệp.

I. Nguyên lý hoạt động của máy đo mức radar tần số cao

Các máy đo mức radar tần số cao này sử dụng thiết kế mạch microstrip tần số cao; mạch điện bên trong tạo ra các tín hiệu xung vi sóng tần số cao tại 26 GHz hoặc ở một số mẫu 24 GHz/25 GHz.

Truyền tín hiệu:Dựa trên các nguyên lý thiết kế ống dẫn sóng tần số cao, các xung vi sóng được truyền từ đầu của ăng-ten có khả năng chống ăn mòn cao – ví dụ như ăng-ten làm từ PTFE (polytetrafluoroethylene) – về bề mặt của môi trường được đo.

Phản xạ và thu năng lượng:Khi xung truyền đi đến bề mặt của môi trường được đo, một phần năng lượng sóng vi ba sẽ bị phản xạ do sự thay đổi hằng số điện môi tại mặt phân cách. Tín hiệu phản xạ này được thu bởi cùng một ăng-ten.

Tính toán miền thời gian:– Thiết bị được trang bị bộ vi xử lý thông minh sử dụng công nghệ độ chính xác cao.Công nghệ đo lường miền thời gian(Time Domain Reflectometry / Time-of-Flight) nhằm tính toán chính xác khoảng thời gian Δt giữa quá trình truyền và tiếp nhận xung sóng vi ba.

Tính toán khoảng cách và độ cao:Dựa trên tốc độ lan truyền của sóng điện từ c, thiết bị tính toán khoảng cách D từ mặt phẳng tham chiếu của ăng-ten đến bề mặt của môi trường được đo, sau đó chuyển đổi khoảng cách này thành độ cao theo thời gian thực dựa trên hình dạng của bình chứa:

D = c × Δt / 2

II. Các tính năng chính và lợi thế kỹ thuật của máy đo mức radar tần số cao

Khoảng cách đo lường tối đa của máy đo mức radar tần số cao này có thể đạt tới 30 mét. So với máy đo mức radar tần số thấp 6 GHz truyền thống, các thiết bị radar tần số cao như 26 GHz mang lại những lợi thế kỹ thuật đáng kể về đặc tính vật lý và khả năng thích ứng với các điều kiện vận hành khắc nghiệt:

Kích thước kỹ thuật	– Lợi thế của radar tần số cao (26 GHz / 24 GHz);	– Giới hạn của radar tần số thấp (6 GHz);
– Bước sóng và góc chùm tia;	– Bước sóng ngắn hơn (ví dụ: khoảng 11 mm ở 26 GHz), với góc chùm tia hẹp và năng lượng tập trung cao;	– Góc chùm tia rộng hơn, độ phân tán năng lượng lớn hơn. Và độ nhạy cao hơn đối với nhiễu do các vật cản bên trong bể chứa
– Chất rắn và bề mặt nghiêng	– Bức xạ hẹp mang lại hiệu suất phản xạ xuất sắc trên các bề mặt chất rắn khối nghiêng	– Các tín hiệu phản xạ từ bề mặt vật liệu khối nghiêng có thể bị suy giảm đáng kể
– Kích thước và lắp đặt ăng-ten	– Kích thước ăng-ten nhỏ gọn giúp thuận tiện cho việc lắp đặt trên các bể chứa nhỏ hoặc các vòi lắp đặt hẹp	– Kích thước ăng-ten lớn hơn đòi hỏi nhiều nguồn lực hơnKhông gian lắp đặt
– Khả năng thích ứng với môi trường khắc nghiệt	– Có thể dễ dàng bổ sung lớp phủ chống bụi hoặc bề mặt bảo vệ chống kết tinh, giúp giảm đáng kể tác động của ô nhiễm và sự tích tụ độ ẩm	– Ăng-ten có thể dễ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng kết tinh và các lớp bám kết tinh
– Khả năng đo lường được tách biệt	Đặc tính định hướng mạnh mẽ cho phép thực hiện phép đo thông qua các cửa sổ cách điện không kim loại phù hợp trong các điều kiện vận hành có yêu cầu khắt khe	tuy nhiên, việc thực hiện phép đo chính xác qua lớp cách điện lại khó khăn hơn

Tóm tắt các tính năng kỹ thuật chính

– Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và khả năng chống nhiễu cao:– Có thể thu được các tín hiệu phản xạ rõ ràng và đáng tin cậy ngay cả khi bề mặt môi trường biến động mạnh hoặc khi có hiện tượng hơi nước và sương mù.
– Khả năng thích ứng với môi trường có hằng số điện môi thấp:– Phù hợp để đo lường các chất lỏng có hằng số điện môi tương đối thấp, chẳng hạn như dầu nhẹ và dung môi, cũng như các vật liệu rời.
– Khả năng thích ứng với môi trường mạnh mẽ:– Việc đo lường có thể được thực hiện trong điều kiện chân không, nồng độ bụi cao, môi trường ăn mòn hoặc khi có biến động lớn về nhiệt độ hoặc áp suất khí, tùy thuộc vào giới hạn kỹ thuật của mẫu thiết bị được chọn.
– Không có sự mài mòn cơ học;– Thiết kế đo lường không tiếp xúc giúp loại bỏ hiện tượng mài mòn cơ học, không làm nhiễm bẩn môi trường và chỉ cần bảo trì rất ít.

III. Yêu cầu kỹ thuật đối với việc lắp đặt mặt bích của đồng hồ đo mức radar tần số cao

Là điểm nối quy trình cốt lõi giữa đồng hồ đo mức radar và thiết bị chứa, hướng và góc lắp đặt mặt bích sẽ trực tiếp quyết định đường truyền chùm sóng vi ba cũng như chất lượng tín hiệu phản xạ.

1. Quy tắc định hướng cho dấu tham chiếu mặt bích

Các mặt bích thường được trang bị dấu tham chiếu định hướng. Khi thực hiện việc siết bu lông tại hiện trường, cần tuân thủ các quy tắc căn chỉnh sau:

– Lắp đặt bình chứa thông thường:Dấu tham chiếu mặt bích phải được định hướng chính xác về phía tường bể hoặc tâm hình học của bể chứa, nhằm đảm bảo chùm tia vi sóng không đi qua các thang, ống dẫn hay các cấu trúc khác bên trong.

Cài đặt vào giếng ổn định dòng chảy:Khi sử dụng giếng ổn định dòng chảy, dấu tham chiếu mặt bích phải được định hướng chính xác về phía mặt bên có lỗ mở của giếng ổn định dòng chảy, ví dụ như lỗ thông khí hoặc lỗ cân bằng áp suất.

Cài đặt trong buồng bypass:Khi sử dụng buồng bypass, dấu tham chiếu mặt bích phải hướng về phía bên chứa các ống nối trên và ống nối dưới dẫn đến bể chứa chính.

2. Điều chỉnh vật lý các tín hiệu vang nhiễu và việc lưu trữ tín hiệu vang

Trong quá trình vận hành thử nghiệm ban đầu, biên độ tín hiệu vang là chỉ số then chốt để đánh giá việc vị trí lắp đặt có chính xác hay không. Giá trị biên độ tín hiệu thấp thường cho thấy hiện tượng lắp đặt sai lệch, vật cản hoặc đường truyền chùm tia không thuận lợi.

Điều chỉnh quay vật lý:Nếu phát hiện nhiễu nền quá mức hoặc âm thanh nhiễu, hãy làm lỏng nhẹ các bu lông mặt bích và xoay mặt bích theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồmỗi lần một vị trí lỗ bu lông. Quan sát dạng sóng trên giao diện vận hành cho đến khi biên độ âm thanh nhiễu được giảm xuống mức nhỏ nhất.

Ứng dụng dập tiếng vang giả:Sau khi hoàn tất thao tác điều chỉnh xoay vật lý, hãy kích hoạt chức năng học tiếng vang thông qua menu thiết bị hoặc phần mềm vận hành. Các nhiễu tĩnh phát sinh từ các cấu trúc kim loại cố định bên trong bể có thể được lưu vào bộ dập tiếng vang nhằm nâng cao độ chính xác đo lường trong thời gian dài.

IV. METRAVON – Tích hợp Hệ thống và Tính tương thích Kỹ thuật;

– Là nhà cung cấp chuyên nghiệp các thiết bị đo lường và giải pháp tự động hóa công nghiệp,, METRAVON,thiết kế các bộ đo mức radar cũng như dòng sản phẩm thiết bị đo lường công nghiệp đa dạng nhằm tích hợp vào các hệ thống tự động hóa tại hiện trường.

– Bộ sản phẩm thiết bị tự động hóa công nghiệp toàn diện:. Danh mục sản phẩm bao gồm thiết bị đo mức chất lỏng, thiết bị đo mức chất rắn, thiết bị đo lưu lượng, thiết bị đo nhiệt độ, thiết bị đo áp suất, thiết bị hiển thị, van, bộ truyền động khí nén và điện, thiết bị thông minh, cũng như bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC), cung cấp giải pháp hỗ trợ trọn gói cho việc mua sắm hệ thống điều khiển quy trình. Các giao diện truyền thông công nghiệp tiêu chuẩn:

METRAVON – thiết bị đo mức radar tần số cao hỗ trợ tích hợp sẵn giao thức tiêu chuẩn 4-20 mA + HART và RS485 (Modbus RTU), với tùy chọn mở rộng sang PROFIBUS-PA và Foundation Fieldbus.

– khả năng tích hợp liền mạch với hệ thống DCS/SCADA:Các tệp driver DTM/EDD đầy đủ có sẵn để tích hợp trực tiếp với các nền tảng DCS phổ biến từ Honeywell, Yokogawa, Schneider, Siemens và các nền tảng giám sát công nghiệp của bên thứ ba, hỗ trợ việc chẩn đoán trạng thái từ xa và thu thập dữ liệu một cách đáng tin cậy.

Câu hỏi thường gặp (FAQ

Q1: Tại sao radar tần số cao 26 GHz lại phù hợp hơn so với radar tần số thấp 6 GHz cho các bồn chứa quy mô nhỏ?

Các bể chứa nhỏ loại thường có không gian bên trong hạn chế và có thể được trang bị bộ khuấy hoặc các cấu trúc gia cố. Thiết bị radar tần số cao 26 GHz sở hữu góc chùm tia hẹp với năng lượng tập trung cùng bộ Ăng-ten nhỏ gọn; đường truyền sóng vi ba hẹp này giúp tránh tiếp xúc với các bức tường bể hoặc các vật cản bên trong, từ đó giảm thiểu hiện tượng nhiễu do phản xạ nhiều lần nghiêm trọng.

Q2: Làm thế nào để giảm thiểu hiện tượng nhiễm bẩn ăng-ten radar và suy hao tín hiệu trong môi trường có nhiều bụi hoặc độ ẩm cao?

Các ăng-ten radar tần số cao có thiết kế nhỏ gọn, cho phép dễ dàng lắp đặt các lớp bảo vệ bụi PTFE hoặc các bề mặt bảo vệ ăng-ten. Trong điều kiện bụi nghiêm trọng, có thể lựa chọn một mặt bích được trang bị cổng thông gió thiết bị–– nhằm định kỳ loại bỏ các lớp bám trên bề mặt ăng-ten.

Q3: Tại sao có thể luân phiên phản ứng nhiễu?

Tín hiệu lò vi sóng phát ra bởi một radar tần số cao có đặc điểm phân cực. Xoay bên sườn làm thay đổi hướng vật lý của mặt phẳng phân cực vi sóng, có thể làm giảm năng lượng phản xạ từ các cấu trúc Kim loại bên trong và giảm biên độ giao thoa.

kết luận

Với26 GHz tia hẹp, khả năng đo lường mạnh, tỷ lệ tín hiệu biến đổi tiếng ồn cao, và khả năng chống nhiễu môi trường tuyệt vờiBộ đo mức radar tần số cao đã trở thành giải pháp quan trọng cho việc giám sát mức liên tục trong tự động hóa công nghiệp. Việc định hướng đúng vị trí mặt flange và thực hiện quy trình thiết lập chế độ triệt tín hiệu phản xạ giả là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động chính xác và bền vững của thiết bị trong thời gian dài.

METRAVON vàcam kết cung cấp cho các nhà tích hợp hệ thống toàn cầu, các nhà thầu kỹ thuật cũng như các khách hàng công nghiệp các hệ thống đo lường mức độ và sản phẩm điều khiển tự động có độ ổn định cao và tính tương thích tốt, từ đó cung cấp nền tảng dữ liệu đáng tin cậy và đảm bảo an toàn cho các cơ sở công nghiệp hiện đại.

– Lựa chọn Dự án và Hỗ trợ Kỹ thuật;

– Liên hệ đội ngũ kỹ thuật kỹ thuật METRAVON để nhận hỗ trợ lựa chọn chuyên nghiệp theo hình thức cá nhân hóa!