Đo mức bằng radar trong silo chứa vật liệu rời kích thước lớn

Đo mức độ bằng radar trong các silo chứa vật liệu rắn khối quy mô lớn: bụi, bề mặt có độ dốc và 80GHz Lựa chọn

Việc đo mức trong các silo chất rắn dạng khối quy mô lớn thường gặp nhiều thách thức hơn so với việc đo mức trong các bồn chứa chất lỏng thông thường. Các yếu tố như bụi, khoảng cách đo lớn, bề mặt vật liệu nghiêng, dòng chất liệu đang được nạp vào, sự tích tụ vật liệu và các cấu kiện kết cấu bên trong đều có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của phép đo.

Các thiết bị truyền tín hiệu đo mức bằng radar không tiếp xúc sử dụng sóng điện từ để xác định vị trí bề mặt vật liệu mà không cần đầu dò phải được đặt sâu bên trong vật liệu. Nhờ đó, chúng được ứng dụng rộng rãi trong việc đo mức liên tục đối với các loại vật liệu rắn dạng khối như than bột, xi măng, đá vôi, bột khoáng, ngũ cốc, viên nhựa và các loại vật liệu rắn dạng khối khác.

1. Vì sao việc đo mức trong các silo chứa vật liệu rắn dạng khối quy mô lớn lại khó khăn hơn? Bề mặt lỏng của

thường tương đối phẳng, trong khi các dạng bột và vật liệu dạng hạt lại tạo ra các góc nghỉ đáng kể và liên tục thay đổi hình dạng trong quá trình nạp liệu, xả liệu và khi vật liệu bị sụp đổ.

Bụi nặng

: Các hoạt động nạp liệu có thể tạo ra lượng lớn bụi lơ lửng trong không khí, ảnh hưởng đến một số công nghệ đo lường nồng độ.

: Bề mặt vật liệu có độ dốc;

: Các vật liệu rắn dạng khối thường có dạng bề mặt hình nón hoặc không đều, do đó hướng và cường độ của tín hiệu phản hồi có thể thay đổi tùy theo cách phân bố vật liệu.

: Phạm vi đo dài.

Các silo lớn có thể đòi hỏi việc đo đạc liên tục trên phạm vi vài chục mét.

Cấu trúc bên trong;

Các dầm, cốt thép, ống lót và tường silo có thể tạo ra các hồi âm nhiễu cố định.

2. Tại sao radar lại rất phù hợp cho các silo vật liệu rắn dạng khối quy mô lớn?

Radar sử dụng sóng điện từ để thực hiện phép đo không tiếp xúc, không cần đầu dò cơ học phải chịu liên tục áp lực từ vật liệu, lực ma sát hoặc tải kéo. Nhờ đó, công nghệ này rất phù hợp cho các silo lớn và cao, nơi có quá trình nạp và xả vật liệu diễn ra liên tục.

Trong môi trường nhiều bụi, radar thường có phạm vi ứng dụng rộng hơn so với công nghệ siêu âm – loại công nghệ này phụ thuộc vào sự lan truyền của sóng âm qua không khí. Trong vận hành dài hạn tại các silo chứa vật liệu rắn dạng khối, việc tích tụ ăng-ten, độ bám dính của vật liệu và vị trí lắp đặt thường là những yếu tố quan trọng hơn so với bụi bay trong không khí.

Đo lường liên tục không tiếp xúc

– Phù hợp cho các khoảng cách đo dài;

– Có thể áp dụng cho các silo chứa bụi nhiều;

– Không sử dụng phao hay vật nặng di chuyển liên tục;

– Hỗ trợ đầu ra tương tự hoặc kỹ thuật số trong môi trường công nghiệp;

– Phù hợp cho việc giám sát mức chất và quá trình vận hành từ xa;

3. Vì sao radar 80GHz thường được sử dụng cho các vật liệu rắn dạng khối?

– Radar 80GHz có bước sóng tương đối ngắn. Với kích thước ăng-ten tương tự, thiết bị này thường có thể tạo ra chùm đo hẹp hơn, giúp giảm thiểu hiện tượng nhiễu sóng từ các bức tường silo, dầm kết cấu, ống chứa đầy vật liệu và các vật thể cố định khác.

Dòng tia hẹp đặc biệt hữu ích trong các silo sâu, silo hẹp và các bình chứa có cấu trúc bên trong phức tạp, vì như vậy có thể tập trung nhiều hơn lượng năng lượng đo vào bề mặt vật liệu mục tiêu.

Việc lựa chọn vẫn cần xem xét kích thước hạt, đặc tính điện môi, lượng bụi, khoảng cách đo tối đa và góc tiếp xúc giữa vật liệu và bề mặt. Giá trị 80GHz không có nghĩa là mọi sản phẩm đều có cùng góc tia, phạm vi đo hoặc độ chính xác; các thông số kỹ thuật này vẫn phụ thuộc vào từng mẫu thiết bị cụ thể.

4. Thiết bị truyền tín hiệu mức radar nên được lắp đặt ở vị trí nào trên silo?

Vị trí lắp đặt cần được lựa chọn dựa trên phương pháp nạp liệu, vị trí xả liệu, góc tiếp xúc giữa vật liệu và bề mặt, cũng như hình dạng của silo. Khu vực đo cần phản ánh đúng bề mặt vật liệu chính, đồng thời tránh các luồng liệu đang được nạp trực tiếp và các chướng ngại vật cố định lớn.

Tránh luồng chất liệu

Chất liệu rơi liên tục có thể che khuất bề mặt thực và tạo ra các phản xạ động mạnh.

Giảm hiện tượng phản xạ trên tường:

– Chọn vị trí lắp đặt dựa trên góc của dầm sao cho dầm chính không tiếp giáp với tường silo.

– Tránh đặt dầm và thanh chống:

– Các cấu trúc kim loại bên trong có thể tạo ra các tiếng vang cố định mạnh.

Xem xét hướng bề mặt

: khi cần thiết, hệ thống lắp đặt có thể điều chỉnh được có thể định hướng chùm tia về phía bề mặt vật liệu phù hợp hơn.

5. Tại sao một silo trống vẫn cho kết quả đo chính xác, nhưng lại trở nên mất ổn định sau khi được nạp vật liệu?

Khi silo còn trống, hệ thống radar có thể thu được tín hiệu phản xạ rõ ràng từ đáy silo hoặc các cấu trúc cố định khác. Sau khi có vật liệu được nạp vào, đối tượng đo chính sẽ chuyển thành bề mặt khối rắn của vật liệu.

Các dạng bột và hạt thường tạo thành bề mặt có độ dốc và không đều, do đó hướng, cường độ và vị trí của tín hiệu phản hồi sẽ thay đổi khi mức chất liệu thay đổi. Vì vậy, một thử nghiệm trống silo thành công không phản ánh đầy đủ hiệu suất đo lường ở các mức chất liệu trung bình hoặc cao.

Trong quá trình vận hành thử, việc quan sát trạng thái hồi âm ở các mức vật liệu thấp, trung bình và cao là rất hữu ích, nhằm xác nhận rằng thiết bị vẫn tiếp tục theo dõi chính bề mặt vật liệu thực tế, thay vì theo dõi thành silo, đáy silo hoặc bất kỳ cấu trúc cố định nào khác.

6. Liệu bụi có ảnh hưởng đến phép đo mức bằng radar không?

Các silo bột quy mô lớn có thể tạo ra lượng bụi lơ lửng đáng kể trong quá trình nạp liệu. Radar công nghiệp thường có thể duy trì việc đo đạc liên tục trong những điều kiện này và nhìn chung có phạm vi ứng dụng rộng hơn so với phương pháp đo bằng sóng siêu âm trong môi trường nhiều bụi.

Đối với vận hành dài hạn, hiện tượng tích tụ bụi trên ăng-ten và hiện tượng vật liệu bám dính thường trở nên quan trọng hơn. Một lớp tích tụ dày trên ăng-ten có thể làm suy giảm tín hiệu hồi âm hữu dụng. Do đó, trong các trường hợp xảy ra hiện tượng tích tụ nghiêm trọng, có thể cần đến một thiết kế ăng-ten phù hợp, vị trí lắp đặt được tối ưu hóa hoặc một hệ thống xả cặn.

7. Liệu bề mặt vật liệu có độ dốc có ảnh hưởng đến kết quả đo bằng radar không?

Vật liệu rắn dạng khối thường tạo thành các bề mặt hình nón, lệch tâm hoặc không đều. Radar đo bề mặt vật liệu trong phạm vi được bao phủ bởi chùm tia, do đó giá trị đo được phản ánh mức chất liệu tại khu vực đo cụ thể đó, chứ không phải mức trung bình trên một bề mặt hoàn toàn nằm ngang trải suốt toàn bộ silo.

Khi vật liệu được nạp, xả hoặc sụp đổ, độ cao bề mặt xung quanh điểm đo có thể thay đổi. Do đó, vị trí lắp đặt cần phản ánh một cách hợp lý quá trình vận hành, trong khi các thông số giảm chấn và xử lý tín hiệu cần phù hợp với tốc độ chuyển động thực tế của vật liệu.

8. Một lần đọc giá trị bằng máy đo cao bằng radar có tương ứng với lượng tồn kho thực tế hay không?

Điều quan trọng là cần phân biệt giữa cấp độ vật liệuvà khối lượng hoặc khối lượng vật chất trong kho tồn kho/.

Thiết bị truyền tín hiệu đo mức bằng radar đơn lẻ chủ yếu dùng để xác định độ cao của bề mặt vật liệu trong một khu vực nhất định. Bề mặt chất lỏng thường có dạng phẳng, do đó mức chất lỏng thường có thể được chuyển đổi thành thể tích một cách tương đối dễ dàng dựa trên hình dạng của bồn chứa. Trong khi đó, các vật liệu rắn dạng khối có thể xuất hiện góc nghỉ, các đống vật liệu lệch vị trí, các khoảng trống và bề mặt không đều.

Vì lý do này, việc tính toán lượng tồn kho dựa trên chỉ một điểm đo có thể dẫn đến độ không chắc chắn trong các silo chứa vật liệu rắn dạng khối có kích thước lớn. Khi cần xác định chính xác hơn lượng tồn kho theo thể tích hoặc khối lượng, có thể kết hợp nhiều điểm đo ở các cấp độ khác nhau với đặc tính hình học của silo, các mô hình chồng chất vật liệu, góc nghỉ và dữ liệu về khối lượng riêng của vật liệu.

9. Những loại vật liệu rắn dạng khối nào có thể được đo bằng radar?

– 10. Cần cung cấp những thông tin nào để lựa chọn hệ thống radar phù hợp cho một silo quy mô lớn?

: Việc chỉ cung cấp chiều cao silo thường không đủ để lựa chọn đúng thiết bị phát tín hiệu radar. Các đặc tính của vật liệu, hình dạng cấu trúc silo cũng như điều kiện thực tế về việc nạp và xả vật liệu cũng cần được xem xét.

11. Ứng dụng điển hình: Đo mức bằng radar trong silo bột đá vôi.

Bột đá vôi, xi măng và các vật liệu tương tự có thể tạo ra lượng bụi lớn trong quá trình nạp liệu và thường tạo thành góc nghỉ đáng kể. Trong silo bột cao, có thể lắp đặt một hệ thống radar không tiếp xúc tại phần đỉnh silo để theo dõi liên tục bề mặt vật liệu.

Việc lựa chọn cần tập trung vào chiều cao silo, đường kính, vị trí nạp liệu, cấu trúc bên trong và điều kiện bụi. Thiết bị radar tần số cao có chùm tia hẹp có thể giảm thiểu ảnh hưởng từ các thành silo và các cấu trúc nội bộ cố định, trong khi vị trí lắp đặt cần được đặt sao cho không nằm trong luồng liệu chính.

Sau khi đưa vào vận hành, đường cong hồi âm có thể được sử dụng để xác nhận tín hiệu thực tế giữa vật liệu và bề mặt. Các thông số giảm chấn và lọc sau đó có thể được điều chỉnh phù hợp với tốc độ chuyển động thực tế của vật liệu. Việc duy trì khả năng theo dõi ổn định ở các mức độ đầy từ thấp, trung bình đến cao thường cho thấy vị trí lắp đặt và cấu hình hệ thống là phù hợp.

– Câu hỏi thường gặp;

– Câu hỏi 1: Thiết bị radar có phù hợp để sử dụng trên các silo chứa vật liệu rắn dạng khối quy mô lớn hay không?

A1: Đúng. Radar không tiếp xúc được sử dụng rộng rãi cho các silo chứa bột và vật liệu dạng hạt có kích thước lớn, đặc biệt trong các ứng dụng tầm hoạt động xa và có lượng bụi cao, nơi thiết bị đo không được phép tiếp xúc trực tiếp với vật liệu.

Q2: Lượng bụi lớn có ảnh hưởng đến bộ truyền mức radar không?

A2: Radar công nghiệp thường hoạt động ổn định trong môi trường nhiều bụi. Khi vận hành lâu dài, cần đặc biệt lưu ý đến hiện tượng tích tụ bụi trên ăng-ten, khả năng bám dính của vật liệu và ảnh hưởng của vị trí lắp đặt đến chất lượng tín hiệu phản hồi.

Câu 3: Tại sao lại như vậy?80GHz Radar có thường được sử dụng trong các silo chứa vật liệu rắn khối lượng lớn không?

A3: Với kích thước ăng-ten tương tự,80GHz Radar thường tạo ra một chùm tia hẹp hơn, giúp tránh các bức tường silo, các chùm tia và các cấu trúc nội bộ khác, đồng thời tập trung việc đo đạc vào bề mặt vật liệu mục tiêu.

Q4: Radar có nên được lắp đặt tại tâm silo không?

A4: Vị trí lắp đặt cần được lựa chọn dựa trên điểm nạp liệu, góc giữa vật liệu và bề mặt, hình dạng cấu trúc silo cũng như đặc tính của chùm tia. Mục tiêu là thu được tín hiệu hồi âm vật liệu thực tế mang tính đại diện, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng từ dòng chất liệu lấp đầy và các cấu trúc cố định.

Q5: Tại sao một silo trống có thể cho kết quả kiểm tra chính xác, nhưng lại trở nên không ổn định sau khi được đổ đầy?

A5: Khi silo còn trống, tín hiệu phản hồi chính có thể xuất phát từ đáy silo. Sau khi được đổ đầy, mục tiêu trở thành bề mặt vật liệu có độ dốc và liên tục thay đổi. Do đó, cần kiểm tra các yếu tố sau: đường cong phản hồi, hướng lắp đặt thiết bị, dòng vật liệu khi đổ đầy và các thiết lập xử lý tín hiệu.

Q6: Một thiết bị phát ra radar có thể xác định được lượng tồn kho chính xác của toàn bộ silo hay không?

A6: Radar chủ yếu đo chiều cao vật liệu tại một khu vực nhất định. Các silo chứa vật liệu rắn dạng khối có kích thước lớn thường có bề mặt nghiêng và không đều, do đó các tính toán kiểm kê có độ chính xác cao hơn có thể cũng cần đến hình dạng cấu trúc của silo, mật độ khối, mô hình cột đo hoặc nhiều điểm đo khác nhau.

Q7: Thiết bị truyền tín hiệu đo cao bằng radar có thể kết nối với PLC được không?

A7: Có. Tùy theo từng mẫu thiết bị, các giao diện như 4-20mA, HART và RS485 Modbus RTU có thể được sử dụng để tích hợp với PLC, DCS, RTU và các hệ thống giám sát từ xa.

– Kết luận

Những thách thức chính trong việc đo mức chất rắn dạng khối trong các silo quy mô lớn bao gồm phạm vi đo rộng, lượng bụi lớn, bề mặt vật liệu có độ dốc, dòng chất liệu đang được nạp vào và cấu trúc nội bộ cố định. Thiết bị radar không tiếp xúc không yêu cầu một bộ phận đo cơ học phải được đặt cố định trong vật liệu, và có thể được sử dụng để thực hiện đo liên tục đối với than bột, xi măng, đá vôi, bột khoáng, ngũ cốc cũng như các dạng chất rắn dạng khối khác.

Radar tần số cao, chẳng hạn như 80GHz cung cấp chùm tia tương đối hẹp và mang lại sự linh hoạt trong lắp đặt đối với các silo và bình chứa lớn có cấu trúc bên trong phức tạp. Việc lựa chọn vẫn cần xem xét các đặc tính của vật liệu, khoảng cách đo tối đa, bụi, vị trí nạp liệu, góc nghỉ, hình dạng cấu trúc silo cũng như các yêu cầu liên quan đến khu vực có nguy cơ.

Để đảm bảo độ chính xác cao hơn trong quản lý tồn kho, việc đo lường mức chất liệu tại một điểm cần được phân biệt rõ ràng với việc tính toán tổng thể tích hoặc tổng khối lượng của silo. METRAVON Các sản phẩm đo lường theo cấp độ radar có thể được cấu hình dựa trên phạm vi đo của silo, loại vật liệu, điều kiện bụi và các yêu cầu về giao diện tự động hóa, đồng thời hỗ trợ tín hiệu 4-20mA và RS485 Modbus RTU dành cho việc đo lường liên tục mức chất, theo dõi xu hướng tồn kho, quản lý cấp và xả, cũng như kiểm soát quy trình.