Các loại thiết bị đo mức radar

Các loại thiết bị đo mức bằng radar: Hướng dẫn lựa chọn radar không tiếp xúc, radar FMCW và radar sóng dẫn –

Các thiết bị đo mức bằng radar sử dụng sóng điện từ tần số cao để xác định vị trí của bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn dạng khối. Những thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong việc đo mức liên tục tại các bồn chứa công nghiệp, bình phản ứng và silo chứa chất rắn dạng khối.

Xét theo phương pháp đo, công nghệ đo mức bằng radar thường được chia thành hai nhóm chính:radar không tiếp xúcvà radar sóng dẫn(GWR)Radar không tiếp xúc phát ra các sóng điện từ qua không gian tự do phía trên môi trường, trong khi radar sóng dẫn hướng lại truyền các xung radar dọc theo một thanh dẫn, cáp hoặc đầu dò đồng trục.

Hai loại này có thể được phân loại thêm theo công nghệ tín hiệu, tần số hoạt động, cấu trúc ăng-ten và thiết kế đầu dò.

1. Hai loại thiết bị đo mức radar chính là gì?

2. Thiết bị đo mức bằng radar không tiếp xúc là gì?

Thiết bị đo mức bằng radar không tiếp xúc, còn được gọi là radar không gian tự do, thường được lắp đặt tại đỉnh của bồn chứa hoặc silo. ăng-ten của thiết bị này phát ra các sóng điện từ hướng về bề mặt vật liệu.

Các sóng điện từ này truyền qua không gian tự do phía trên chất lỏng hoặc vật liệu rắn, phản xạ lại từ bề mặt chất lỏng hoặc vật liệu rắn, sau đó quay trở lại ăng-ten. Thiết bị này phân tích mối quan hệ về thời gian hoặc tần số giữa tín hiệu truyền và tín hiệu phản xạ để tính toán khoảng cách, sau đó chuyển giá trị này thành mức tín hiệu.

Các thiết kế ăng-ten phổ biến bao gồm ăng-ten hình kèn, ăng-ten thấu kính và ăng-ten được chế tạo trong vỏ bọc kín. Thiết kế phù hợp sẽ phụ thuộc vào tần số hoạt động, môi trường chế tạo, nhiệt độ, áp suất và mức độ ăn mòn.

3. Các thiết bị radar không tiếp xúc được phân loại như thế nào theo công nghệ tín hiệu?

Từ góc độ xử lý tín hiệu, radar không tiếp xúc chủ yếu được chia thành radar xung.vàFMCW radar.

3.1. Thiết bị đo mức radar xung

Radar xung phát ra các xung vi ba ngắn một cách định kỳ và thu nhận tín hiệu phản xạ từ bề mặt vật liệu. Khoảng cách được tính toán dựa trên thời gian truyền đi và truyền lại của xung.

Khoảng cách = Tốc độ sóng điện từ × Thời gian truyền đi và truyền lại ÷ 2

Radar xung đã có lịch sử sử dụng lâu dài trong lĩnh vực công nghiệp và có thể được áp dụng cho cả chất lỏng lẫn vật rắn khối. Hiệu suất thực tế phụ thuộc vào tần số, thiết kế ăng-ten, xử lý tín hiệu và điều kiện lắp đặt.

3.2. FMCW Thiết bị đo mức bằng radar

FMCW là viết tắt của “Sóng liên tục được điều chế theo tần số”. Trong mỗi chu kỳ quét tần số, thiết bị sẽ liên tục thay đổi tần số tín hiệu được truyền đi. Tín hiệu phản hồi thu được sẽ có sự chênh lệch tần số so với tín hiệu truyền hiện tại.

Sự chênh lệch tần số này liên quan đến khoảng cách tới mục tiêu, cho phép thiết bị xác định vị trí bề mặt vật liệu thông qua xử lý tín hiệu số. FMCW được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị radar không tiếp xúc tần số cao hiện đại.

Pulse Radar

xác định khoảng cách dựa trên thời gian truyền của các xung vi ba ngắn.

FMCW Radar

Xác định khoảng cách dựa trên độ chênh lệch tần số giữa tín hiệu truyền và tín hiệu phản xạ.

4. Các thiết bị đo mức radar có thể được phân loại theo tần số hay không?

Đúng vậy. Các sản phẩm radar không tiếp xúc dùng trong công nghiệp hiện có sẵn trong nhiều dải tần số khác nhau, bao gồm cả loại radar tần số thấp truyền thống, khoảng từ 24– 26GHz radar, cùng các công nghệ tần số cao hiện đại như 60 GHz và 80GHz radar.

Tần số hoạt động ảnh hưởng đến bước sóng, kích thước ăng-ten và đặc tính chùm tia. Với cùng kích thước ăng-ten, radar hoạt động ở tần số cao hơn thường tạo ra chùm tia hẹp hơn – đặc tính này có thể mang lại lợi thế trong các tàu nhỏ, vòi phun dài, bồn chứa có chướng ngại vật bên trong và silo chứa vật liệu khối.

Tần số chỉ là một trong những yếu tố lựa chọn; các yếu tố khác như độ phản xạ trung bình, hiện tượng ngưng tụ, bọt khí, sự tích tụ vật liệu, hình dạng lắp đặt và điều kiện quy trình cũng cần được xem xét.

5. Loại radar nào được gọi là 80GHz Bộ phát tín hiệu radar?

Radar 80GHz thuộc nhóm radar tần số cao không tiếp xúc. Các sản phẩm radar 80GHz trong ngành công nghiệp hiện đại thường sử dụng công nghệ FMCW, kết hợp tần số cao, bước sóng ngắn và chùm tia tương đối hẹp nhằm thực hiện đo mức chất lỏng cũng như chất rắn dạng khối.

Tia hẹp có thể giảm thiểu hiện tượng nhiễu xạ từ thành tàu, các thanh đỡ, ống dẫn và các cấu trúc nội bộ khác. Do đó,80GHz Radar được sử dụng rộng rãi trong các bồn chứa hóa chất, hệ thống xử lý nước, các thiết bị quy trình nhỏ gọn và silo chứa bột hoặc vật liệu dạng hạt.

Góc tia, phạm vi đo, độ chính xác cũng như thông số chịu được nhiệt độ hoặc áp suất trong quá trình vận hành vẫn là các thông số đặc thù của từng sản phẩm và cần được xác nhận từ bảng thông số kỹ thuật của mẫu thiết bị đã chọn.

6. Radar sóng dẫn là gì?

Radar sóng dẫn, hay còn gọi là GWR, được xây dựng dựa trên công nghệ TDR (Time Domain Reflectometry).

Thiết bị này thường được lắp đặt tại đỉnh của bình chứa, với một thanh kim loại, dây cáp hoặc đầu dò đồng trục kéo dài vào bên trong quá trình công nghiệp. Các xung radar truyền dọc theo đầu dò. Khi tín hiệu đến bề mặt vật liệu, sự thay đổi trong đặc tính điện môi sẽ khiến một phần tín hiệu được phản xạ ngược lại dọc theo đầu dò.

Thiết bị xác định vị trí vật thể dựa trên thời gian truyền đi và truyền lại của xung radar. Chiều dài đầu dò được lựa chọn theo phạm vi đo và hình dạng của tàu, và không nhất thiết phải chạm tới đáy tàu trong mọi trường hợp ứng dụng.

7. Radar sóng dẫn được phân loại theo loại đầu dò như thế nào?

Radar sóng dẫn có thể được phân loại thêm theo thiết kế đầu dò, bao gồm đầu dò dạng thanh, cáp và đầu dò đồng trục.

Đầu dò dạng thanh GWR

Sử dụng một thanh kim loại cứng và phù hợp cho nhiều ứng dụng chất lỏng từ khoảng cách ngắn đến trung bình cũng như một số ứng dụng vật rắn được lựa chọn.

– Đầu dò cáp GWR;

– Sử dụng cáp linh hoạt, phù hợp cho các tàu cao hơn hoặc phạm vi đo dài hơn, với sự tính toán đến khả năng di chuyển của đầu dò, lực căng và cấu trúc bên trong.

– Đầu dò đồng trục GWR

Sử dụng cấu trúc đầu dò đồng trục nhằm tạo ra đường dẫn tín hiệu tập trung hơn, và thường được áp dụng cho các loại chất lỏng được lựa chọn kỹ lưỡng cũng như trong các điều kiện đo lường khắt khe hơn.

Một số sản phẩm radar sóng dẫn cũng sử dụng các cấu trúc đầu dò đặc biệt như hai thanh, hai cáp hoặc các dạng khác. Việc lựa chọn phụ thuộc vào loại môi trường, phạm vi đo, đặc tính điện môi, độ nhớt, tính chất của chất xốp, cấu trúc bên trong và điều kiện lắp đặt cơ học.

8. Vì sao radar sóng dẫn lại phù hợp cho việc đo đạc tại bề mặt tiếp giáp?

Khi hai chất lỏng không trộn lẫn tạo thành các lớp riêng biệt, sự thay đổi hằng số điện môi giữa chất lỏng ở lớp trên và lớp dưới có thể tạo ra một phản xạ radar thứ hai. Một số thiết bị radar sóng dẫn được lựa chọn có khả năng phân tích cả bề mặt chất lỏng ở lớp trên lẫn bề mặt phân cách giữa hai chất lỏng. Việc đo đạc bề mặt phân cách theo tiêu chuẩn

đòi hỏi phải xem xét cả đặc tính điện môi của hai chất lỏng, độ dày lớp chất lỏng trên, lớp nhũ tương và các điều kiện quy trình. Do đó, cần lựa chọn một mô hình được thiết kế riêng cho việc đo lường giao diện.

9. Sự khác biệt giữa radar không tiếp xúc và radar sóng dẫn là gì?

Câu hỏi 10: Radar không tiếp xúc có bị ảnh hưởng bởi bụi, nhiệt độ và hơi nước không? Radar

sử dụng sóng điện từ, do đó những thay đổi về nhiệt độ và áp suất không khí sẽ không gây ra sai số khoảng cách do sự thay đổi vận tốc truyền âm – điều này có thể xảy ra trong phương pháp đo bằng sóng siêu âm. Radar cũng thường có phạm vi hoạt động rộng trong các môi trường có nhiều bụi và hơi nước.

Hiệu suất thực tế vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi bụi cực kỳ nhiều, hiện tượng ngưng tụ nghiêm trọng, sự tích tụ trên ăng-ten, hơi đặc, đặc tính điện môi, cũng như tác động của nhiệt độ và áp suất trong quy trình chế tạo lên ăng-ten, các bộ phận bịt kín và cấu trúc cơ khí.

Do đó, các ứng dụng có yêu cầu cao cần được kết hợp với mô hình radar phù hợp, thiết kế ăng-ten tương ứng và khả năng hoạt động trong điều kiện quy trình cụ thể. Thiết bị đo mức radar

11. Khi nào nên cân nhắc sử dụng radar không tiếp xúc?

Phần cảm biến không được phép tiếp xúc trực tiếp với môi trường

Các môi trường hóa chất ăn mòn hoặc dễ gây ô nhiễm

Bột, hạt và silo chứa vật liệu rắn dạng khối;

– Các quy trình ở nhiệt độ cao, trong môi trường chân không hoặc dưới áp suất;

– Các bồn chứa dung tích lớn và phạm vi đo lường rộng

Hình dạng của thiết bị đo cho phép thiết lập đường truyền chùm tia radar rõ ràng

12. Khi nào có thể sử dụng radar sóng dẫn hướng?

Cần thực hiện phép đo bề mặt phân cách giữa hai chất lỏng

Tàu có kích thước hẹp hoặc không gian lắp đặt bị hạn chế.

Bề mặt chất lỏng đang chuyển động mạnh —

: Các ứng dụng bọt hoặc hơi được lựa chọn

Ứng dụng buồng bẻ đường hoặc buồng bên ngoài:

– Đầu dò có thể được lắp đặt an toàn mà không gây ảnh hưởng đến thiết bị quy trình;

– 13. Cần cung cấp những thông tin nào khi lựa chọn thiết bị đo mức bằng radar?

Hỏi – Đáp

Câu hỏi 1: Hai loại thiết bị đo mức bằng radar chính là gì?

Câu trả lời 1: Chúng thường được chia thành radar không tiếp xúc và radar sóng dẫn. Radar không tiếp xúc phát ra sóng điện từ qua không gian tự do, trong khi radar sóng dẫn định hướng các xung radar dọc theo một đầu dò kim loại.

Câu hỏi 2: Sự khác biệt giữa radar xung và radar FMCW là gì?

A2: Radar xung tính toán khoảng cách dựa trên thời gian truyền của xung, trong khi radar FMCW xác định khoảng cách từ sự chênh lệch tần số giữa dải tần số được phát ra và tín hiệu phản hồi thu được.

Q3: Radar 80GHz thuộc loại radar nào?

A3: Radar 80GHz thường là một công nghệ radar tần số cao không tiếp xúc, và các sản phẩm công nghiệp hiện đại thường sử dụng phương pháp đo lường FMCW.

Q4: Radar sóng dẫn có được coi là phương pháp đo lường tiếp xúc hay không?

A4: Thanh, cáp hoặc đầu dò đồng trục đi vào và tiếp xúc trực tiếp với môi trường quy trình, do đó radar sóng dẫn thường được phân loại là một công nghệ đo mức liên tục kiểu tiếp xúc xét từ góc độ lắp đặt.

Q5: Đầu dò radar sóng dẫn có bắt buộc phải chạm đến đáy bồn chứa không?

A5: Không. Chiều dài đầu dò cần được lựa chọn dựa trên phạm vi đo, hình dạng bồn chứa và các yêu cầu cụ thể của thiết bị đo tương ứng.

Q6: Có những loại đầu dò nào được sử dụng cho radar sóng dẫn hướng?

A6: Các thiết kế đầu dò phổ biến bao gồm loại thanh, loại cáp và loại đồng trục. Một số sản phẩm cũng cung cấp cấu trúc hai thanh, hai cáp hoặc các cấu trúc chuyên dụng khác.

Q7: Loại radar nào phù hợp hơn cho các silo chứa vật liệu dạng bột hoặc dạng hạt?

A7: Radar không tiếp xúc tần số cao được sử dụng rộng rãi trong các silo chứa vật liệu dạng bột và dạng hạt, đặc biệt trong các trường hợp yêu cầu tầm hoạt động xa, môi trường đầy bụi hoặc cấu trúc bên trong phức tạp. Một số sản phẩm radar sóng dẫn đã được lựa chọn cũng có thể được sử dụng cho vật rắn, tùy thuộc vào đặc tính cơ học của đầu dò và tính chất vật liệu.

Q8: Công nghệ radar nào phù hợp cho việc đo đạc bề mặt phân cách giữa hai chất lỏng?

A8: Radar sóng dẫn có chức năng đo lường qua giao diện chuyên dụng thường được sử dụng để thực hiện phép đo liên tục đối với hai lớp chất lỏng không trộn lẫn được. Các đặc tính điện môi của cả hai môi trường cần được xác nhận.

– Kết luận.

Các thiết bị đo mức bằng radar thường được chia thành radar không tiếp xúc và radar sóng dẫn hướng. Radar không tiếp xúc phát ra sóng điện từ qua không gian tự do và có thể được phân loại thêm thành radar xung và FMCW radar. Theo dải tần số hoạt động, các sản phẩm công nghiệp có thể bao gồm radar tần số thấp truyền thống, khoảng 24– 26GHz radar và tần số 60 GHz hiện đại hoặc 80GHz radar.

Radar sóng dẫn hướng sử dụng các xung radar truyền dọc theo một thanh kim loại, cáp hoặc đầu dò đồng trục, và có thể được phân loại thêm theo cấu trúc của đầu dò. Đường truyền tập trung của phương pháp này khiến nó trở nên phù hợp cho các ứng dụng được lựa chọn cụ thể, bao gồm đo chuyển động trên bề mặt, độ dày lớp bọt và mặt phân cách giữa hai chất lỏng.

METRAVON Các sản phẩm đo lường bằng radar có thể được lựa chọn theo loại môi trường quy trình, phạm vi đo, nhiệt độ, áp suất, đặc tính điện môi, loại xốp, hơi, bụi, hình dạng thiết bị, cũng như các yêu cầu về giao diện tự động hóa — bao gồm radar không tiếp xúc hoặc radar sóng dẫn — với khả năng hỗ trợ các giao diện công nghiệp như 4-20mA và RS485 Modbus RTU dành cho việc đo lường mức chất lỏng hoặc chất rắn liên tục, có tính tương thích và khả năng mở rộng trong các bồn chứa, thiết bị công nghệ và silo chứa chất rắn dạng khối.