Rađa và đo mực nước quá cao

1. Sự khác biệt về cơ khí và nguyên tắc vận hành để đo mức độ công nghiệp

Trong kỹ thuật thủy lực, hệ thống nước thành phố, và kiểm soát quá trình công nghiệp, đo mức độ liên tục là thành phần chính của việc tự động giám sát và thu thập dữ liệu như SCADA. Mặc dù mực nước radar và mực nước siêu âm cả hai đều có thể cung cấp các kết quả tương tự 4–20 mA hoặc RS-485 tín hiệu kỹ thuật số, có những khác biệt cơ bản trong cơ chế truyền sóng cơ bản của họ.

1. 1 sóng điện từ tần số cao truyền qua cơ khí

Rađa cấp độ nước, bao gồm cả các xung/FMCW và radar theo dõi (GWR), hoạt động dựa trên sóng điện từ. ăng ten radar truyền tín hiệu sóng điện từ tần số cao, thường là 26 GHz hoặc 80 lò vi sóng GHz, hoặc sóng TDR tần số cao. Những sóng điện từ này đi qua không khí hoặc dọc theo con đường đo lường với tốc độ xấp xỉ, khoảng 3 × 10⁸ m/s.

Khi sóng điện từ lên tới bề mặt của chất lỏng đo, một phần của sóng được phản ánh bởi vì sự mất liên tục giữa không khí và trung bình đo. Sóng phản chiếu được nhận bởi ăng ten. Hệ thống tính toán khoảng cách D từ mặt phẳng tham chiếu cảm biến tới bề mặt chất lỏng bằng cách đo độ khác biệt thời gian giữa sự truyền và tiếp nhận, sử dụng quang phổ thời gian (TDR) hoặc tần số sóng liên tục (FMCW):

D = (c × Δt) / 2

Bởi vì sóng điện từ không cần một phương tiện dẫn khí như một tàu phát tín hiệu, radar cấp độ nước cũng có thể hoạt động bình thường trong chân không. Vận tốc lan truyền của chúng không bị ảnh hưởng bởi mật độ khí, nhiệt độ, áp suất hoặc hơi nước.

Tiến trình đo phóng đại

Bước 1 – Truyền:ăng ten radar phát ra sóng điện từ tần số cao.

Bước 2 – Truyền đạt:Sóng điện từ di chuyển với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng và không cần không khí hay một phương tiện khí khác để truyền bá thông tin.

Bước 3 – Phản ánh:Khi sóng điện từ đến bề mặt chất lỏng, một phần của tín hiệu được phản ánh bởi sự khác biệt trong điện năng liên tục giữa không khí và trung bình đo.

Bước 4 – Tiếp tân:ăng ten radar nhận tín hiệu phản chiếu.

Bước 5 – Tính toán khoảng cách:Công cụ tính toán sự khác biệt thời gian truyền bá và xác định khoảng cách sử dụng

D = (c × Δt) / 2.

1. 2 Hệ thống cấp nước siêu thanh:

Mức độ nước siêu thanh sử dụng hiệu ứng điện từ của tinh thể điện bánhzo để tạo ra sóng âm tần số cao, thường là sóng cơ học trong phạm vi 20 kHz–200 kHz. Sóng âm phát ra từ không khí ở tốc độ âm thanh v. Khi chúng chạm tới bề mặt chất lỏng, một phản xạ âm thanh được tạo ra do sự mất liên tục trong âm thanh. Máy phát điện, tức máy dò, nhận được tiếng vang và chuyển nó thành tín hiệu điện. Khoảng cách được tính bằng công thức sau:

D = (v × Δt) / 2

Sóng âm thanh là sóng cơ học, và sự lan truyền của chúng phụ thuộc rất nhiều vào việc truyền năng lượng thông qua sự va chạm giữa các phân tử khí. Tốc độ âm thanh trong không khí bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ gas. Một công thức phổ biến xấp xỉ cho không khí lý tưởng là:

v ≈ 331.5 + 0.607 × T (m/s)

nơi mà nhiệt độ xung quanh là nhiệt độ nhiệt độ nhiệt độ (°C). Mặc dù máy phát siêu âm công nghiệp bình thường bao gồm bộ cảm biến nhiệt độ phụ của PT100, nhưng những biến thể trong vận tốc âm thanh vẫn có thể gây ra lỗi đo lường trong cửa ra ngoài hoặc trong môi trường công nghiệp nơi nhiệt độ chuyển đổi, tầng khí, hoặc tốc độ gió cao hiện diện.

Quá trình đo đếm

Bước 1 – Truyền:Máy phát điện bánh nướng phát ra sóng âm tần số cao.

Bước 2 – Truyền đạt:Sóng âm đi qua không khí hoặc một phương tiện khí khác với tốc độ âm thanh địa phương.

Bước 3 – Phản ánh:Khi sóng âm chạm tới bề mặt chất lỏng, sự khác biệt âm thanh làm cho năng lượng âm thanh phản chiếu.

Bước 4 – Tiếp tân:Người chuyển hóa nhận được âm thanh âm thanh phản chiếu và chuyển nó thành tín hiệu điện.

Bước 5 – Tính toán khoảng cách:Công cụ áp dụng bù đắp nhiệt độ cho vận tốc âm thanh và tính toán khoảng cách sử dụngD = (v × Δt) / 2.

2. So sánh tham số kỹ thuật khóa và giới hạn hoạt động

Để đạt được sự lựa chọn thiết bị chính xác cho việc đo lường công nghiệp và giám sát thủy lực, bảng sau đây so sánh các thông số kỹ thuật của radar công nghệ METRAVON mức độ nước và cấp độ nước siêu âm dưới điều kiện hoạt động đòi hỏi:

3. Phân tích sự giao thoa từ các yếu tố môi trường phức tạp

3. 1 Sự đa dạng khí gas, Bụi và Vapop

Cấp nước siêu thanh:Khi sóng âm đi qua những đám bụi dày đặc, chẳng hạn như những cái được tìm thấy trong các bệ chứa xi măng hoặc các kênh khai thác mỏ, hoặc qua sự tập trung cao của hơi nước, chẳng hạn như trong những tháp làm mát hoặc bình chứa nhựa đường, một lượng lớn năng lượng âm thanh có thể bị phân tán và hấp thụ bởi các hạt ngưng hoạt động. Điều này gây ra sự suy giảm tín hiệu trầm trọng và thậm chí có thể dẫn đến sự mất siêu âm hoàn toàn. Thêm vào đó, nếu khí ga được chưng cất hoặc mật độ khí lỏng tồn tại bên trong cơ thể, sự điều chỉnh âm thanh có thể xảy ra do những thay đổi trong vận tốc âm thanh, dẫn đến những lỗi đo lường có hệ thống.

Độ đậm đặc của mực nước:Sóng vi sinh có khả năng truyền bá mạnh mẽ và không bị ảnh hưởng về thể chất bởi bụi, hơi nước, hoặc sương mù tạm ngưng. Các đặc tính truyền bá của 80 sóng GHz cho phép phản chiếu bề mặt lỏng được trả lại một cách đáng tin cậy ngay cả dưới điều kiện vận hành bụi bặm hoặc hơi nước.

3. 2 Sóng bề mặt lỏng và sự hỗn loạn

Cấp nước siêu thanh:Khi sóng âm cơ học chạm trán với bề mặt lỏng dao động dữ dội hoặc bề mặt lỏng được bao phủ bởi một lượng lớn bọt, phản xạ khuếch tán có thể xảy ra. Kết quả là, phần lớn năng lượng âm thanh phản chiếu không thể quay trở lại thăm dò dọc theo đường truyền ban đầu, có khả năng gây ra báo động vùng mù hoặc mất khả năng đo lường.

Độ đậm đặc của mực nước:Những máy phát radar tần số cao tích hợp các thuật toán theo dõi năng động tiên tiến như đàn áp tiếng vang và lọc sai. Ngay cả khi bề mặt chất lỏng đang lăn, xáo trộn, hay được bao phủ bởi bọt sáng, mực nước ra-đa METRAVON vẫn có thể nhận dạng và theo dõi âm thanh mặt chất lỏng từ âm thanh nền.

3. 3 Cấu trúc xe tăng nội bộ và thiết lập góc Beam

Góc của một máy phát siêu âm thường là khoảng 6 độ đến 12 °, nghĩa là năng lượng được truyền đi tương đối phân tán. Khi xương sườn, ống nước, cầu thang, máy bơm hoặc những cấu trúc bên trong khác hiện diện bên trong một chiếc xe tăng hoặc đo lường tốt, sóng âm có thể dễ dàng phản ánh từ những chướng ngại vật này và tạo ra những tín hiệu giả.

Khoảng 80 GHz độ cao radar có thể giảm góc ánh sáng đến khoảng 3°. Những tia cực mạnh và cực kỳ hẹp có thể dễ dàng tránh các cấu trúc bể chứa bên trong và các vòi nước hẹp, di chuyển trực tiếp đến bề mặt lỏng, và giảm đáng kể các hạn chế về không gian cài đặt trong các ứng dụng.

4. Comment

Trong quá trình thu thập kỹ thuật và thiết kế dự án, công nghệ thích hợp nên được chọn theo những đặc điểm trung bình, không gian lắp đặt sẵn có, và ngân sách dự án:

Tiến trình chọn cấp

Bước 1 – Đánh giá môi trường tiến trình:Xác định xem ứng dụng có liên quan đến bụi nặng, hơi nước, nhiệt độ cao, áp suất cao, không gian cài đặt bị hạn chế, hay phương tiện truyền thông điện thấp.

Bước 2 – Điều kiện công nghiệp khắc nghiệt:Cho bụi cao, hơi nước nặng, nhiệt độ cao, hoặc áp suất cao, chọn mộtTrình truyền tín hiệu ra-đa không đối xứng 80HzVí dụ như giải METRAVON R-80.

Bước 3 – Không gian bị giới hạn hoặc hằng số điện thấp:Đối với các tàu nhỏ, không gian hạn chế, hoặc phương tiện điện thấp, xem xétradar hướng dẫn (GWR)Chẳng hạn như "METRAVON GWR-70".

Bước 4 – Chương trình Nước tổng hợp và Mở Kênh:Đối với môi trường xung quanh, ứng dụng nước áp suất khí quyển mà không có sự can thiệp nghiêm trọng của khí quyển hoặc môi trường,Đồng hồ nước siêu thanhVí dụ như "The METRAVON UT," có thể cung cấp một giải pháp hiệu quả chi phí.

4. 1 Các ứng dụng mà lượng nước quá cao được ưu tiên

Hệ thống thoát nước và đo dòng chảy mở:Trong khu vực mở Parshall flumes, tam giác weirs, và dòng sông, các ứng dụng kiểm tra mực nước mà không có sự can thiệp của hơi nước, cấp độ nước siêu âm cung cấp hiệu suất cao. Sự cài đặt không liên quan cũng loại bỏ các yêu cầu bảo trì liên quan đến ăn mòn.

Các bồn nước áp suất khí quyển và hồ nước sạch:Đối với bồn nước sạch, bể nước chữa cháy, và các kênh tưới tiêu nông nghiệp mà không có sự dao động nhiệt độ cao hay hoạt động sóng mạnh, công nghệ siêu âm có thể cung cấp sự đo lường ổn định và đáng tin cậy trong khi điều khiển toàn bộ dự án.

4. 2 Ứng dụng mà mực nước toàn cầu được ưa thích

Khai thác và xi măng lưu trữ bụi:Môi trường có nhiều công dụng cao có thể gây ra việc đo lường siêu âm hoàn toàn thất bại. Một máy phát ra-đa tần số 80Hz là một sự lựa chọn chuẩn cho việc tiếp tục đo lường trong các ứng dụng có độ cao.

Các bồn chứa dung dịch Aphalt, bể chứa hydro carbon, và hồ chứa hóa chất:Đối với các hợp chất hữu cơ dễ thay đổi (VOCs), sự tập trung cao của hơi nước, và môi trường thiên nhiên cao hơn 80 °C, mức độ radar trong nước không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi trong các tính chất trong quá trình phục hồi của hơi nước cũng giống như các dụng cụ siêu âm.

Những giếng sâu và lò phản ứng với những thiết bị kích hoạt phức tạp:Góc ánh sáng hẹp của đường radar 80 GHz cho phép tín hiệu đi qua những không gian hạn chế và đến được bề mặt chất lỏng trong khi tránh âm vang giả tạo ra từ những lưỡi dao.

Chất lỏng điện thấp như khí lỏng lỏng và các sản phẩm dầu hỏa nhẹ:Chọn một đồng hồ đo độ cao sóng Rađa hướng dẫn Bằng cách tập trung năng lượng điện từ dọc theo một vệ tinh kim loại, đo lường liên tục ở các ứng dụng với hằng số điện cực thấp như khoảng 1. 4.

FAQ

Tại sao mức độ đo nước siêu thanh có thể khác nhau giữa ban ngày và ban đêm khi thiết bị được lắp đặt bên ngoài?

A:Nguyên nhân trực tiếp là bồi thường không hiệu quả cho chuyển đổi không khí. Đo lường siêu âm tùy thuộc vào tốc độ âm thanh, và tốc độ âm thanh thay đổi với nhiệt độ. Mỗi 1 °C tăng nhiệt độ, tốc độ âm thanh tăng khoảng 0. 6 m/s. Mặc dù bộ cảm biến có một yếu tố bồi thường nhiệt độ tích hợp, bồi thường có thể trở nên không chính xác khi bức xạ mặt trời trực tiếp sưởi ấm nhà máy thăm dò để nhiệt độ cảm biến bên trong cao hơn đáng kể so với nhiệt độ không khí thực tế dọc theo đường dẫn truyền âm thanh. Điều này có thể dẫn đến việc đo lường độ lệch.

Khuyên sắp xếp:Các mét nước ngoài trời nên được trang bị lớp bảo vệ phóng xạ mặt trời. Đối với các ứng dụng kiểm tra thủy điện cao cấp, một máy đo nước ra đa METRAVON 80 GHz, mà không bị ảnh hưởng bởi trường nhiệt độ không khí theo cùng một cách, được đề nghị.

Q 2: Làm thế nào một điện năng thấp không đổi, hoặc điện thấp, ảnh hưởng đến một mét nước radar, và làm thế nào có thể giải quyết vấn đề?

A:Hằng số điện tử quyết định tỷ lệ năng lượng điện từ phản chiếu từ bề mặt vừa. Khi hằng số điện cực rất thấp, chẳng hạn như dầu diesel với điện khoảng 2. 1 hoặc tan chảy khí gas với chất lỏng khoảng 1. 4, một phần lớn năng lượng vi sóng không đối xứng có thể xuyên qua trung gian thay vì được phản xạ. Điều này làm yếu tín hiệu phản chiếu và có thể làm cho bộ nhận tín hiệu điện tử khó nhận ra được tiếng vang chính xác.

Giải pháp và điều kiện chọn:

Chọn một đồng hồ radar tần số METRAVON 80 GHz với năng lượng truyền mạnh.

Chọn một đồng hồ ra-đa hướng dẫn của ATORVON sử dụng vệ tinh thăm dò hay dây cáp để dẫn sóng điện từ và giảm thiểu mất năng lượng.

Cấp nước radar có thể hoàn toàn thay thế cấp độ nước siêu thanh?

A:Từ quan điểm kỹ thuật hóa, công nghệ radar có thể thay thế hoàn toàn chức năng. Lượng nước phóng xạ cung cấp lợi thế về độ chính xác, nhiệt độ và áp lực kháng cự môi trường như bụi, hơi nước, gió và nhiệt độ biến đổi, và kiểm soát chuyển động.

Khuyên sắp xếp:Lựa chọn thiết bị nên cân bằng các yêu cầu kỹ thuật chống lại ngân sách dự án. Cấp độ nước siêu thanh giữ lại lợi thế đáng kể trong ứng dụng nước bình thường hoạt động ở nhiệt độ xung quanh và áp suất khí quyển mà không có sự can thiệp của hơi. Nếu ngân sách dự án đủ hay điều kiện hoạt động đang đòi hỏi, nâng cấp hệ thống đo lường hoàn toàn tới mức radar cấp độ nước nên được xem xét.

Máy đo mực nước nào cung cấp độ đo ổn định hơn trong bể xử lý nước thải với lượng lớn bọt?

A:Foam có thể hấp thụ cả âm thanh và năng lượng vi sóng. Tuy nhiên, radar hướng dẫn của sóng (GWR) thường cung cấp sự ổn định lớn nhất trong loại ứng dụng này bởi vì máy dò sóng hướng dẫn có thể đi qua trực tiếp qua lớp bọt bề mặt và đo lường giao diện chất lỏng thực sự bên dưới sử dụng tín hiệu điện từ cao tần. Nếu các phép đo không chính xác là bắt buộc, các thuật toán theo dõi đa kênh nên được chọn. Mức độ nước siêu thanh dễ mất tín hiệu vì phản xạ khuếch tán trong những điều kiện này.

Q5: Khu vực mù có ảnh hưởng thiết thực nào về đo lường cấp độ?

A:Vùng mù là khoảng cách tối thiểu dưới bộ thăm dò cảm biến trong đó không thể thực hiện hiệu quả. Do thời gian qua đi, các mét nước siêu thanh thường có một vùng mù tương đối lớn ở khoảng 0. 25 m–0. 8m. Nếu mức độ lỏng tăng lên khu vực này, bộ cảm biến có thể phát ra một tín hiệu toàn diện không chính xác, tạo ra một rủi ro khả năng tăng quá mức. Cấp nước phóng xạ thường có một vùng mù nhỏ hơn nhiều, thường là khoảng 0. 5 m–0. 1m, mà có thể cải thiện đáng kể khả năng lưu trữ có thể sử dụng.

Công nghệ siêu âm và radar nên được chọn như thế nào cho các ứng dụng đo dòng chảy mở như Parshall flumes?

A:Hãy chọn một đồng hồ nước siêu thanh dưới những điều kiện sau: các kênh mở nước trong thành phố hoặc nước thải mà không có hơi nước đáng kể, gió mạnh, và ngân sách dự án hạn chế.

Hãy chọn một đồng hồ nước radar dưới những điều kiện sau: thải nước thải công nghiệp liên quan đến sự khác biệt nhiệt độ và hơi nước, các kênh dòng sông hỗn loạn, hoặc các hồ nước ngoài trời bị ảnh hưởng mạnh bởi gió.

Khuyên sắp xếp:Đối với các dự án kiểm tra quan trọng được hoạt động bởi chính quyền nước hay công viên công nghiệp, một hệ thống đo lường sự mở rộng radar METRAVON được khuyến khích cải thiện tính liên tục của việc tải lên dữ liệu và hỗ trợ tuân thủ quy định.

Làm thế nào để chọn radar hướng dẫn sóng (GWR) và radar tần số cao?

A: ChọnThích hợp cho các phương tiện truyền thông đa dạng cao cấp, các loại lỏng điện cực kỳ thấp, các bể chứa hẹp với sự kích thích nghiêm trọng, hoặc đo lường giao diện rắn như đo lường mực nước thải trong việc giải quyết bể chứa.

Rađa không chính xác:Có thể thích hợp cho các chất lỏng ăn mòn cao độ nơi cần phải tránh ăn mòn, các phương tiện truyền thông nhiệt đới hoặc kết tinh, và các bể chứa thực phẩm vệ sinh hoặc dược phẩm nơi mà không được phép tiếp xúc trực tiếp với phương tiện truyền thông.

Kết thúc

Không có sự ưu việt tuyệt đối giữa mực nước radar và mực nước siêu thanh. Quan tâm chính là khớp nguyên tắc đo lường với điều kiện thực tế hoạt động. Do sự hiệu quả cao, mực nước siêu âm vẫn là giải pháp thực tế cho các ứng dụng nước mở bình thường và bể nước thông thường hoạt động ở nhiệt độ xung quanh và áp suất khí quyển. Lượng nước phóng xạ, đặc biệt là tần số cao 80 radar sóng vi sóng GHz và công nghệ rađa điều khiển sóng, đã trở thành công cụ quan trọng cho các quá trình công nghiệp phức tạp, các mạch lưu trữ nguy hiểm, và các mạch máu dự trữ thủy tinh cao do sự kháng cự mạnh mẽ của chúng đối với nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, hơi nước và bụi.

Với tư cách là nhà cung cấp của quá trình đo lường và giám sát thủy lực, METRAVON cung cấp một phạm vi sản phẩm hoàn chỉnh bao gồm 80 radar tần số cao, định hướng radar sóng, và máy phát siêu âm công nghiệp. METRAVON cũng cung cấp thiết bị tùy chỉnh và hỗ trợ sự kết hợp tín hiệu cho điều kiện hoạt động phức tạp. Để tối ưu hóa giải pháp đo lường cấp độ của bạn hoặc có được chi tiết kỹ thuật chi tiết chi tiết chi tiết và dự án giá trị, xin vui lòng liên hệ với đội kỹ thuật METRAVON.

Nguồn tài nguyên liên kết

Phóng đại mét · Đo mức

Tác giả: Arvin· · Nguồn: METRAVON Trích dẫn