Hướng dẫn lựa chọn và lắp đặt thiết bị đo mực nước radar

METRAVON Hướng dẫn lựa chọn và lắp đặt thiết bị đo mực nước bằng radar

Máy đo mực nước bằng radar đo khoảng cách đến bề mặt nước bằng cách phát ra sóng điện từ và thu nhận tín hiệu phản xạ. Sau khi xác định được tham số tham chiếu cho việc lắp đặt, khoảng cách đo được sẽ được chuyển đổi thành mức mực nước thực tế.

Do phương thức đo không tiếp xúc, cảm biến không cần được ngâm trong nước. Do đó, các thiết bị đo mực nước bằng radar được sử dụng rộng rãi cho các dòng sông, hồ chứa, kênh dẫn hở, lưu vực nước, hệ thống xử lý nước thải và các bể chứa công nghiệp.

Hiệu suất hoạt động ổn định trong thời gian dài không chỉ phụ thuộc vào phạm vi và độ chính xác danh nghĩa, mà còn phụ thuộc vào độ cao lắp đặt, góc tia, điều kiện bề mặt nước, các công trình lân cận, yêu cầu liên lạc và các yêu cầu bảo vệ môi trường.

1. Những yếu tố nào cần được xem xét trước tiên khi lựa chọn thiết bị đo mực nước bằng radar?

Phạm vi đo;

Xác nhận khoảng cách tối đa từ cảm biến đến mức nước thấp nhất được dự kiến, cũng như khoảng cách tối thiểu tại mức nước cao nhất;

Yêu cầu về độ chính xác

Các ứng dụng theo dõi quá trình, theo dõi thủy văn và kiểm kê có thể yêu cầu các mức độ chính xác khác nhau. Việc lựa chọn cần phù hợp với yêu cầu của dự án, thay vì chỉ đơn thuần chọn mức độ chính xác cao nhất có sẵn.

Môi trường lắp đặt

Kiểm tra xem các cấu trúc cầu, trụ đỡ, lan can, tường hoặc các vật thể khác có thể lọt vào chùm tia radar hay không.

Giao diện hệ thống

Chọn giao diện 4-20mA, HART, RS485/Modbus hoặc một giao diện khác tùy theo PLC, RTU, thiết bị ghi dữ liệu hoặc nền tảng giám sát từ xa.

2. 26GHz hoặc 80GHz Radar: Bạn nên lựa chọn loại nào?

So sánh	26GHz Radar	80GHz Radar
Việc tập trung chùm tia	Để thu được chùm tia hẹp hơn, thường cần sử dụng ăng-ten có kích thước lớn hơn	Chùm tia hẹp có thể đạt được bằng cách sử dụng ăng-ten có kích thước tương đối nhỏ gọn
Các vật cản ở khu vực lân cận	Phạm vi phủ sóng của chùm tia cần được kiểm tra một cách cẩn trọng	Việc tránh các cấu trúc cầu, tường thường dễ thực hiện hơnvà hỗ trợ:
Không gian lắp đặt hạn chế;	Phụ thuộc chặt chẽ vào kích thước ăng-ten;	Thường mang lại độ linh hoạt cao hơn trong lắp đặt;
Nguy cơ nhiễm hơi nước, ngưng tụ hoặc nhiễm bẩn ăng-ten;	Một số thiết kế ở dải tần số thấp có thể mang lại lợi thế trong những điều kiện vận hành đặc thù khó khăn;	Cần được đánh giá dựa trên nguy cơ ngưng tụ, sự tích tụ và thiết kế cụ thể của ăng-ten.

Những ưu điểm chính của radar 80GHz làbăng chùm hẹp, ăngten nhỏ gọn và khả năng phân tách mục tiêu caoPhương pháp này đặc biệt hữu ích trong trường hợp diện tích lắp đặt bị hạn chế hoặc các cấu trúc xung quanh nằm gần đường đo.

3. Làm thế nào để lựa chọn loại ăng-ten phù hợp?

Anten thấu kính

Phổ biến trong 80GHz Các thiết bị radar có thiết kế nhỏ gọn và khả năng tập trung cao, do đó rất phù hợp cho các kênh, bồn chứa cũng như các hệ thống lắp đặt có vật cản nằm gần đó.

Anten hình sừng

Thiết kế radar công nghiệp truyền thống, phù hợp cho các xe tăng và đo mức ở khoảng cách trung bình đến dài.

Anten parabol.

Cung cấp độ lợi cao và chùm tia hẹp, do đó được sử dụng phổ biến hơn trong các trường hợp yêu cầu tầm hoạt động xa hoặc khả năng tập trung tín hiệu mạnh.

Một ăng-ten có kích thước lớn hơn hoặc cấu trúc phức tạp hơn không tự động mang lại kết quả đo lường mực nước chính xác hơn. Anten cần được điều chỉnh phù hợp với độ cao lắp đặt, phạm vi phủ sóng, các công trình lân cận và điều kiện môi trường.

4. Làm thế nào để lựa chọn vị trí lắp đặt phù hợp?

Một vị trí lắp đặt phù hợp thường quan trọng hơn việc áp dụng lọc dữ liệu mạnh hoặc hiệu chỉnh bằng phần mềm sau khi lắp đặt.

Đảm bảo đường truyền chùm tia luôn thông thoáng.

Các dầm cầu, tường hình chữ U, ống dẫn, lan can, giá đỡ và các vật thể cố định khác nên được đặt ở ngoài vùng phạm vi quét chính của radar khi có thể.

Tránh các khu vực có nhiễu nghiêm trọng.

Tránh nhắm trực tiếp vào thác nước, các xoáy khí mạnh, đường xả nước, dòng nước chảy rối hoặc hiện tượng bắn nước liên tục.

Nhắm vào bề mặt nước.

Vùng quét chính nên được hướng về bề mặt nước điển hình nhằm đảm bảo tín hiệu phản hồi ổn định.

Kiểm tra mức nước cao nhất

Mức nước cao nhất được dự kiến phải nằm ngoài khoảng cách đo tối thiểu được thiết lập của thiết bị.

Không có quy tắc chung nào quy định thiết bị đo mực nước bằng radar phải được lắp đặt cách xa tâm của kênh hoặc bể chứa. Vị trí phù hợp phụ thuộc vào hình học thực tế và các cấu trúc xung quanh.

5. Cần xử lý sóng, xoáy và nhiễu loạn như thế nào?

Sóng do gió tạo ra, các xoáy, dòng nước chảy nhanh và mưa có thể gây ra những thay đổi ngắn hạn tại bề mặt được đo. Các thiết bị radar có thể nâng cao độ ổn định của màn hình thông qua các kỹ thuật theo dõi hồi âm, tính trung bình và giảm chấn.

Quy trình xử lý sự cố thực tiễn như sau:

Khi có thể, hãy di chuyển cảm biến ra xa khu vực có độ nhiễu lớn nhất;
Đảm bảo chùm tia radar đo được một đoạn đại diện của bề mặt nước;
Kiểm tra các tín hiệu phản hồi cố định từ tường, trụ đỡ hoặc các bộ phận kết cấu;
Sau khi xác nhận được tín hiệu phản hồi thực tế ổn định, điều chỉnh hệ số giảm chấn hoặc chế độ tính trung bình nếu cần;

Các giếng yên tĩnh và buồng chuyển hướng thường được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng đo mức trong bể chứa. Các kênh nước, sông ngòi và hồ chứa thông thường không cần đến các cấu trúc này.

6. Nguyên nhân gây ra hiện tượng phản hồi giả là gì?

Nguồn gây nhiễu	Biện pháp đề xuất
Cầu hoặc dầm kết cấu	Điều chỉnh vị trí lắp đặt hoặc sử dụng dầm có tiết diện hẹp hơn
Bố trí tường kênh hoặc bờ hồ:	Kiểm tra vùng tiếp xúc của dầm và điều chỉnh vị trí cảm biến nếu cần;
Lắp đặt giá đỡ;	Giữ các cấu kiện kim loại nằm ngoài dầm chính;
Xử lý vật thể nổi;	Đo một diện tích bề mặt nước đại diện và sử dụng các thiết lập theo dõi hồi âm phù hợp;

Sau khi lắp đặt, kiểm tra đường cong hồi âm để phân biệt phản xạ thực sự từ bề mặt nước với hiện tượng giao thoa cố định. Việc ức chế tiếng vang giả chỉ nên được thiết lập khi các tiếng vang cố định không thể được loại bỏ bằng cách cải thiện hệ thống lắp đặt.

7. Cần thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường ra ngoài như thế nào?

Khả năng chống xâm nhập

Chọn cấp độ IP phù hợp và đảm bảo các khớp cáp, các khe nối chưa được sử dụng và các gioăng kín của vỏ bảo vệ được lắp đặt đúng quy cách.

Bảo vệ chống sét và xung điện;

Các trạm quan trắc ngoài trời tại khu vực sông, hồ chứa nước và các trạm thủy văn phải được trang bị hệ thống nối đất và thiết bị bảo vệ chống xung điện theo đúng thiết kế điện của dự án.

Nhiệt độ môi trường;

Xác nhận phạm vi nhiệt độ môi trường được phép. Bộ che nắng có thể hữu ích trong trường hợp các thiết bị điện tử bị phơi nhiễm dưới bức xạ mặt trời mạnh.

Tình trạng ăng-ten;

Kiểm tra định kỳ để phát hiện bùn đất, mạng nhện, hơi ngưng tụ hoặc các chất lắng đọng khác có thể ảnh hưởng đến tín hiệu radar.

8. Làm thế nào để lựa chọn đầu ra và truyền thông từ xa? Các thiết bị đo mực nước bằng radar

có thể được kết nối với PLC, RTU, thiết bị ghi dữ liệu và các hệ thống giám sát thủy văn từ xa thông qua nhiều giao diện khác nhau.

Giao diện	Ứng dụng điển hình
4-20mA	Đầu vào tương tự PLC, hệ thống điều khiển quy trình thông thường và thu thập dữ liệu tương tự
HART	Cấu hình và chẩn đoán qua vòng 4-20mA
RS485 / Modbus RTU	RTU, thiết bị ghi dữ liệu và hệ thống giám sát kỹ thuật số

Không phải mọi thiết bị đo mực nước bằng radar đều cung cấp đầy đủ các giao diện này. Tùy chọn truyền thông cần được xác nhận dựa trên hệ thống điều khiển hoặc hệ thống truyền dữ liệu hiện có.

9. Các lỗi phổ biến và cách khắc phục sự cố

Dấu hiệu	Kiểm tra trước
Không có hiển thị	Nguồn điện, cáp, các đầu nối và thiết bị bảo vệ
Dữ liệu mực nước không ổn định	Rối loạn bề mặt, tín hiệu phản hồi giả, góc lắp đặt và các thiết lập giảm chấn
Khoảng cách sai liên tục	Hệ quy chiếu, độ cao lắp đặt, các vật cản cố định và đường cong phản hồi
Không có dữ liệu 4-20mA hoặc RS485	Hệ thống dây điện, thông số truyền thông, địa chỉ thiết bị, quy chuẩn tỷ lệ và cấu hình hệ thống điều khiển

Khi xuất hiện vấn đề đo lường, hãy kiểm tra tình trạng lắp đặt và điều kiện phản hồi trước khi thay đổi phạm vi đo hoặc các tham số lọc. Việc hiệu chuẩn lại không nên tự động trở thành biện pháp khắc phục đầu tiên.

10. Các đặc tính kỹ thuật điển hình nên được diễn giải như thế nào?

Bảng dưới đây chỉ được sử dụng như một tài liệu tham khảo tổng quátđể lựa chọn các thiết bị đo mực nước bằng radar công nghiệpĐiều này không nên được coi là đặc tả chung áp dụng cho mọi mẫu thiết bị METRAVON.

Tham số;	Cấu hình công nghiệp điển hình;	Ghi chú lựa chọn;
Nguyên lý đo lường;	Radar xung hoặc FMCW;	Đo khoảng cách không tiếp xúc;
Tần số hoạt động	26GHz, 80GHz, và các dải màu khác tùy theo thiết kế	Lựa chọn theo đặc tính chùm tia và yêu cầu ứng dụng;
Phạm vi đo	Từ vài mét đến vài chục mét; các phạm vi hoạt động dài hơn có sẵn trên một số mẫu thiết bị được chọn lọc.	Phụ thuộc vào loại thiết bị cụ thể và điều kiện lắp đặt.
Độ chính xác.	Có sẵn các mẫu thiết bị đạt độ chính xác ở cấp độ milimét.	Độ chính xác không được xác định chỉ bởi tần số; nó còn phụ thuộc vào tần số và kích thước ăngten.
Góc chùm tia	Được xác định bởi tần số và kích thước ăngten	80GHz Nhìn chung giúp việc thực hiện các thiết kế chùm tia hẹp trở nên dễ dàng hơn.
Nguồn cấp điện	Thông thường là 12–30 VDC hoặc các dải điện áp tương tự	Phụ thuộc vào cấu hình hai dây hoặc các cấu hình thiết bị khác
Đầu ra	4-20mA/HART, RS485/Modbus và các tùy chọn khác;	Phụ thuộc vào mẫu thiết bị được lựa chọn;
Khả năng chống xâm nhập;	Tiêu chuẩn IP66/IP67 và cao hơn, có sẵn trên một số mẫu thiết bị được chọn;	Rất quan trọng đối với các điểm giám sát ngoài trời;

Câu hỏi thường gặp: Cách lựa chọn và lắp đặt thiết bị đo mức nước bằng radar;

Câu hỏi 1: Khi lựa chọn thiết bị đo mức nước bằng radar, điều gì nên được xác nhận trước tiên?

A: Hãy bắt đầu từ khoảng cách đo tối đa, mức nước cao nhất, độ chính xác yêu cầu, vị trí lắp đặt và các vật cản gần đó. Những điều kiện này giúp xác định tần số phù hợp, góc chùm tia và giao diện đầu ra thích hợp.

Q2: Liệu tần số 80GHz có luôn tốt hơn tần số 26GHz không?

A: Không.80GHz thường mang lại ưu điểm trong các hệ thống có chùm tia hẹp và thiết kế gọn nhẹ, trong khi radar tần số thấp có thể sở hữu những ưu điểm khác biệt trong các ứng dụng cụ thể liên quan đến bọt khí, hơi nước, hiện tượng ngưng tụ hoặc hiện tượng làm ô nhiễm ăng-ten. Việc lựa chọn nên được thực hiện dựa trên điều kiện thực tế tại hiện trường.

Câu hỏi 3: Thiết bị đo mực nước bằng radar có cần được lắp đặt tại trung tâm của một kênh hay không?

A: Không. Cảm biến cần đo được diện tích bề mặt nước đại diện, đồng thời tránh các trụ cầu, tường bên, vùng nhiễu loạn dòng chảy vào và các cấu trúc cố định khác.

Q4: Khi bề mặt nước xuất hiện các xoáy mạnh, cần thực hiện những bước nào?

A: Trước tiên, hãy di chuyển điểm đo đến một đoạn bề mặt nước ổn định hơn nhưng vẫn đảm bảo tính đại diện. Nếu cần, có thể điều chỉnh hệ số giảm chấn. Đối với các kênh mở, thông thường không yêu cầu sử dụng buồng vòng quanh.

Q5: ăng-ten radar phải được đặt hoàn toàn theo hướng thẳng đứng hay không?

A: Tia chính cần được định hướng chính xác về mặt nước mục tiêu để thu được tín hiệu phản hồi ổn định. Góc lắp đặt cho phép phải tuân thủ các yêu cầu của thiết bị đã được lựa chọn.

Q6: Thiết bị đo mực nước bằng radar có cần được hiệu chuẩn định kỳ không?

A: Các kiểm tra định kỳ nên tập trung vào điểm tham chiếu khi lắp đặt, chất lượng tín hiệu phản hồi, tình trạng ăng-ten và tín hiệu đầu ra. Nếu hệ thống chất lượng dự án yêu cầu kiểm định hoặc hiệu chuẩn định kỳ, thì các hoạt động này phải được thực hiện theo quy trình áp dụng tương ứng.

Q7: Một cảm biến radar ngoài trời có luôn yêu cầu tiêu chuẩn IP68 hay không?

A: Không. Chỉ số bảo vệ yêu cầu phụ thuộc vào việc thiết bị có bị tiếp xúc với mưa, ngập nước hay ngâm nước liên tục hay không. IP66 hoặc IP67 có thể phù hợp cho việc lắp đặt ngoài trời thông thường, trong khi các điều kiện ngâm nước đòi hỏi thiết kế có mức độ bảo vệ cao hơn tương ứng.

Q8: Thiết bị đo mực nước bằng radar có thể kết nối trực tiếp với PLC không?

A: Có. Đầu ra 4-20mA có thể kết nối với đầu vào tương tự của PLC, trong khi các mẫu thiết bị hỗ trợ giao tiếp RS485/Modbus có thể truyền dữ liệu với các hệ thống thu thập dữ liệu kỹ thuật số. Các giao diện trên cả hai thiết bị phải tương thích với nhau.

Q9: Thông tin nào được cung cấp? METRAVON Bạn có cần lựa chọn máy đo mực nước bằng radar không?

A: Vui lòng cung cấp: khoảng cách đo tối đa, mức nước cao nhất và thấp nhất, vị trí lắp đặt, các cấu trúc xung quanh, điều kiện bề mặt nước, nguồn cấp điện, yêu cầu về đầu ra, yêu cầu về bảo vệ môi trường, cũng như ảnh hoặc bản vẽ lắp đặt.

dành cho vật liệu rắn dạng khối. Kết luận

Chìa khóa để lựa chọn một thiết bị đo mực nước bằng radar là đánh giá khoảng cách đo, đường truyền chùm tia, điều kiện lắp đặt, đặc tính bề mặt nước của đối tượng đo và các yêu cầu về giao diện hệ thống, thay vì chỉ đơn thuần so sánh giữa 26GHz và 80GHz.

Đối với các con sông, hồ chứa, lưu vực và kênh hở,80GHz Radar chùm tia hẹp có thể đặc biệt hữu ích trong những trường hợp mà các công trình lân cận, không gian lắp đặt hạn chế hoặc khu vực đo lường được tập trung chặt chẽ là yếu tố then chốt. Đối với các ứng dụng khác, tần số và thiết kế ăngten cần được lựa chọn dựa trên các điều kiện như hơi nước, bọt khí, hiện tượng ngưng tụ, mức độ ô nhiễm và tổng thể điều kiện tại hiện trường.

Đối với METRAVON Việc cung cấp đầy đủ thông tin về phạm vi mức nước, cấu trúc lắp đặt, điều kiện môi trường và yêu cầu liên lạc trong giai đoạn lựa chọn cho các dự án giúp việc lựa chọn tần số radar, ăng-ten, phạm vi đo và cấu hình đầu ra được thực hiện một cách chính xác hơn, từ đó đảm bảo được quá trình giám sát ổn định trong thời gian dài.