Tiếng Anh
Tiếng Trung
Tiếng Tây Ban Nha
Tiếng Nga
Tiếng Bồ Đào Nha
Tiếng Pháp
Tiếng Đức
Tiếng Indonesia
Tiếng Thái
Tiếng Ả Rập
Tiếng Ý
Tiếng Thổ Nhĩ Kỳ
Tiếng Ba Lan
Tiếng Nhật
Tóm tắt kỹ thuật:
Các thiết bị đo mức bằng sóng siêu âm và thiết bị đo mức bằng radar đều được sử dụng để đo mức không tiếp xúc, nhưng chúng dựa trên các nguyên lý vật lý khác nhau. Thiết bị đo bằng sóng siêu âm sử dụng sóng âm cơ học, do đó phụ thuộc vào đường truyền khí giữa cảm biến và bề mặt sản phẩm; trong khi thiết bị đo bằng radar sử dụng sóng điện từ và không cần không khí làm môi trường truyền sóng.Do đó, công nghệ radar thường cung cấp phạm vi hoạt động rộng hơn trong điều kiện chân không, nhiệt độ cao, môi trường hơi nước, bụi bẩn hoặc hình dạng bình chứa phức tạp. Tuy nhiên, radar vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi bọt khí, hiện tượng ngưng tụ, hằng số điện môi thấp hoặc hiện tượng tích tụ trên ăng-ten.
Mục lục
: Sự khác biệt cơ bản giữa thiết bị đo mức bằng sóng siêu âm và thiết bị đo mức bằng radar
| Vật phẩm | Thiết bị đo mức bằng sóng siêu âm | Thiết bị đo mức bằng radar |
|---|---|---|
| Tín hiệu đo | Sóng âm cơ học | Sóng điện từ / vi sóng |
| Môi trường truyền sóng cần thiết | Yêu cầu môi trường là không khí hoặc một loại khí khác | Không phụ thuộc vào không khí; có thể lan truyền trong chân không |
| Nguyên lý đo lường điển hình | Thời gian bay âm thanh | Pulse ToF hoặc FMCW |
| Ảnh hưởng của nhiệt độ | Ảnh hưởng lớn hơn; cần thực hiện bù tốc độ âm thanh | Thông thường độ nhạy thấp hơn, nhưng các giới hạn về nhiệt độ của thiết bị vẫn áp dụng |
| Áp suất / Chân không | Không thể hoạt động bình thường trong môi trường chân không lý tưởng | Có thể sử dụng trong môi trường chân không;Độ áp suất được xác định theo từng mẫu mã: |
| Bụi; | Bụi đặc; | Bụi có thể làm suy giảm âm thanh; |
| Góc chùm tia; | Thường có góc tương đối rộng; | Radar tần số cao có thể cung cấp chùm tia hẹp; |
| Nội thất tàu thuyền phức tạp; | Yêu cầu có đường truyền âm thanh rõ ràng; | Radar chùm tia hẹp tần số 80 GHz thường có ưu thế; |
– Cách thức hoạt động của phép đo mức bằng sóng siêu âm là như thế nào?
Cảm biến mức siêu âm truyền các sóng âm tần số cao qua không gian khí phía trên sản phẩm; sóng âm này phản xạ từ bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn rồi trở lại máy thu.
d = v × t / 2
, trong đódlà khoảng cách,vlà vận tốc âm thanh trong khí, vàtLà thời gian lan truyền một chiều và về.
Điểm quan trọng là vận tốc âm thanh không luôn luôn không đổi trong mọi điều kiện trường. Nó thay đổi theo nhiệt độ và thành phần khí; vì vậy, các thiết bị siêu âm công nghiệp thường sử dụng cơ chế hiệu chỉnh theo nhiệt độ.
Công nghệ đo mức bằng radar hoạt động như thế nào?
Thiết bị radar phát tín hiệu điện từ sóng vi ba hướng về bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn, sau đó phân tích tín hiệu phản xạ.
Bản truyền vi sóng → Phản xạ trên bề mặt sản phẩm → Tiếp nhận tín hiệu phản xạ → Xử lý tín hiệu → Tính toán khoảng cách → Chuyển đổi mức
Dành cho radar xung:
d = c × t / 2
Đối với radar FMCW, khoảng cách được xác định từ sự khác biệt tần số giữa tín hiệu quét phát ra và tín hiệu phản hồi bị trễ.
"26 GHz" và "80 GHz" mô tả tần số hoạt động; "Pulse" và "FMCW" mô tả phương pháp đo lường và xử lý tín hiệu.
So sánh hiệu suất;
| Điều kiện quá trình; | Âm thanh siêu âm; | Radar; |
|---|---|---|
| Bể nước đơn giản; | Phù hợp; | Phù hợp; |
| Bể mở; | Phù hợp; | Phù hợp; |
| Bình chân không; | Không phù hợp; | Có thể đánh giá; |
| Khí hơi ở nhiệt độ cao | Ảnh hưởng mạnh hơn; | Thông thường nên ưu tiên; |
| Silo chống bụi cao; | Độ suy giảm âm thanh có thể khá lớn; | Thông thường phù hợp hơn. |
| Thick Foam | Có thể phát hiện bề mặt bọt xốp hoặc mất tín hiệu phản xạ | Cũng yêu cầu đánh giá riêng biệt cho loại bọt xốp |
| Ống hẹp | Tia rộng có thể tương tác với các bức tường | Tia hẹp tần số 80 GHz là ưu thế |
| Nội thất phức tạp | Các phản xạ nhiễu loạn khó kiểm soát hơn | Radar tia hẹp có thể tránh các vật cản dễ dàng hơn |
| Silo tầm xa | Phạm vi cần được đánh giá cẩn thận | Radar hiệu suất cao |
| Ứng dụng đơn giản, chú trọng chi phí; | Thường tiết kiệm chi phí; | Thông thường có chi phí cao; |
– Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến hai công nghệ này?
Phương pháp đo bằng sóng siêu âm phụ thuộc vào vận tốc của âm thanh trong đường dẫn khí; do vận tốc âm thanh thay đổi theo nhiệt độ, việc bù sai lệch có thể gây ra sai số về khoảng cách.
Sự lan truyền điện từ của radar ít nhạy cảm hơn nhiều đối với các biến động nhiệt độ khí thông thường; tuy nhiên, thiết bị radar vẫn chịu các giới hạn do nhiệt độ môi trường, nhiệt độ quy trình, độ kín và hệ thống điện tử gây ra.
Điều kiện Áp suất và Khoảng chân không
Khoảng chân không
Các sóng siêu âm cần có môi trường vật chất như không khí hoặc khí. Trong môi trường chân không lý tưởng, âm thanh không lan truyền theo phương truyền thông thường; ngược lại, sóng điện từ của radar có thể lan truyền trong môi trường chân không.
Áp suất
Đối với các thiết bị chịu áp lực, thiết kế cơ khí thiết bị đo lường là yếu tố then chốt. Cần xác nhận áp suất quy trình tối đa, lớp áp suất của mặt nối, các gioăng kín cũng như mọi giấy phép hoặc sự chấp thuận cần thiết.
Bọt xốp ảnh hưởng như thế nào đến việc đo lường?
Không chính xác khi cho rằng sóng radar luôn xuyên qua lớp bọt xốp trong khi sóng siêu âm luôn thất bại.
Sóng siêu âm và Bọt xốp
Bọt xốp có khả năng hấp thụ, tán xạ hoặc phản xạ năng lượng âm thanh. Bọt xốp dày có thể giảm đáng kể tiếng vang thực tế từ bề mặt chất lỏng. Hiệu suất của hệ thống Radar
và bọt xốp
phụ thuộc vào độ dày của bọt xốp, hàm lượng độ ẩm, kích thước bong bóng, khối lượng riêng, tần số hoạt động và tính chất điện môi của chất lỏng. Trong một số trường hợp, hệ thống radar có thể phát hiện được phần đỉnh của lớp bọt xốp thay vì bề mặt chất lỏng nằm bên dưới.
Đối với các ứng dụng sử dụng bọt xốp dày, cần xác định xem mục tiêu đo lường yêu cầu là bề mặt giao nhau của chất lỏng thực tế hay bề mặt trên cùng của lớp bọt xốp.
Công nghệ nào phù hợp hơn cho các silo chứa bụi?
Nồng độ cao của bụi xi măng, bột khoáng, bụi than hoặc bụi ngũ cốc có thể làm suy giảm và phân tán năng lượng siêu âm.
Công nghệ radar thường phù hợp hơn với loại bụi đặc; tuy nhiên, bụi cực kỳ, tích tụ trên ăng-ten hoặc các sản phẩm có hằng số điện môi thấp vẫn có thể làm giảm chất lượng âm thanh phản hồi từ radar.
Đối với các silo chứa vật liệu rắn khối lượng lớn có điều kiện vận hành phức tạp, việc đánh giá kỹ lưỡng phương án sử dụng radar chùm hẹp tần số 80 GHz thường là lựa chọn phù hợp trước tiên.
hơi nước và hiện tượng ngưng tụ;
các thiết bị hoạt động ở nhiệt độ cao có thể tạo ra hơi nước, gradient nhiệt độ, độ ẩm cao và hiện tượng ngưng tụ; những điều kiện này có thể ảnh hưởng đáng kể đến vận tốc âm thanh siêu âm và quá trình truyền năng lượng âm học.Do đó, thiết bị radar
thường được ưu tiên sử dụng trong môi trường có hơi đậm đặc; tuy nhiên, hiện tượng ngưng tụ nghiêm trọng trên ăngten radar vẫn có thể làm giảm chất lượng tín hiệu phản hồi hoặc tạo ra các tín hiệu phản hồi giả.
– Tại sao góc chùm tia lại quan trọng?
Cả thiết bị siêu âm lẫn thiết bị radar đều không phải là một đường thẳng có độ mỏng vô hạn; cả hai loại thiết bị này đều tạo ra một chùm tia hoặc một hình nón đo lường. Các thành bình chứa, các chùm tia, các bậc thang, thiết bị khuấy, các cuộn dây và các ống dẫn chất lỏng nằm trong phạm vi chùm tia này đều có thể gây ra các phản xạ không mong muốn.
Một trong những ưu điểm chính của hệ thống radar tần số 80 GHz là khả năng tạo ra chùm tia hẹp thông qua thiết kế ăng-ten phù hợp. Đặc tính này đặc biệt hữu ích đối với các bồn chứa có đường kính nhỏ, lò phản ứng, buồng chứa hẹp hoặc các vị trí lắp đặt gần thành tàu.
Cách so sánh khoảng cách và độ chính xác như thế nào?
Không nên xem các giá trị cố định như “ultrasonic 50 m” hoặc “radar 70 m” là các giới hạn chung trong ngành công nghiệp. Khoảng cách thực tế phụ thuộc vào mẫu thiết bị cụ thể và điều kiện quy trình sử dụng.
Phạm vi sóng siêu âm phụ thuộc vào công suất âm thanh, tần số, nhiệt độ, bụi, hơi, diện tích mục tiêu và góc bề mặt.
Phạm vi radar phụ thuộc vào tần số hoạt động, độ lợi ăng-ten, hằng số điện môi, hình học bề mặt chất rắn, bụi, xử lý tín hiệu và cấu trúc lắp đặt.
Câu hỏi kỹ thuật chính xác là:Bán kính hoạt động hiệu quả của mẫu thiết bị này trong điều kiện môi trường và quy trình thực tế của tôi là bao nhiêu?
Liệu radar có luôn chính xác hơn so với thiết bị siêu âm không?
Radar sóng milimét hiệu suất cao có thể đạt độ phân giải vượt trội và độ chính xác ở cấp độ milimét, tuy nhiên không phải loại radar nào cũng chính xác hơn mọi thiết bị siêu âm.
Đối với các bể chứa nước đơn giản, phương pháp đo lường bằng sóng siêu âm có thể đáp ứng đầy đủ độ chính xác yêu cầu. Radar thường mang lại nhiều ưu điểm hơn trong các bể chứa đòi hỏi độ chính xác cao, các buồng chứa vật liệu phức tạp hoặc trong các hệ thống kiểm soát quy trình có yêu cầu nghiêm ngặt.
– Radar tần số 26 GHz so sánh với radar tần số 80 GHz;
| Sản phẩm; | Radar tần số 26 GHz; | Radar tần số 80 GHz; |
|---|---|---|
| Độ chín của công nghệ; | Đã trưởng thành; | Đã trưởng thành và được sử dụng rộng rãi; |
| Góc chùm tia; | Thông thường rộng hơn; | Thông thường hẹp hơn; |
| Kích thước ăng-ten; | Cỡ tương đối lớn; | Có thể được làm nhỏ hơn; |
| Dùng cho các bể chứa lớn; | Phù hợp; | |
| Các thiết bị nhỏ phù hợp; | Khoảng trống dải tia cần được đánh giá; | Thường mang lại lợi thế; |
| Các bộ phận bên trong phức tạp; | Vị trí lắp đặt quan trọng hơn; | Dải tia hẹp thường có ưu thế; |
| Silo chứa chất rắn khối; | Có thể áp dụng; | Các silo phức tạp thường ưu tiên đánh giá ở tần số 80 GHz; |
– Sự khác biệt trong lắp đặt;
– Lắp đặt bằng sóng siêu âm;
Hướng cảm biến gần như vuông góc với bề mặt sản phẩm.
Tránh đặt thiết bị vào dòng chất lỏng đang đổ đầy.
Tránh đặt thiết bị gần tường hoặc các cấu trúc bên trong.
Xem xét việc bù nhiệt độ.
Duy trì bề mặt cảm biến luôn sạch sẽ.
Tránh đặt thiết bị trong các khu vực có hơi nước mạnh hoặc dòng khí mạnh.
Cài đặt thiết bị radar
Tránh việc căn chỉnh trực tiếp theo hướng của dòng chất lỏng đang đổ đầy.
Sử dụng góc chùm tia để tránh tiếp xúc với tường hoặc các cấu trúc bên trong.
Ngăn ngừa tình trạng ô nhiễm và ngưng tụ nghiêm trọng ở ăng-ten.
Kiểm tra hình học của vòi phun.
Cấu hình chế độ hiệu chuẩn rỗng và hiệu chuẩn đầy một cách chính xác.
Thực hiện lập bản đồ phản xạ giả khi cần thiết.
: Các ứng dụng công nghiệp điển hình
: 1.Thùng chứa nước đơn giản và bể mở
Cả phương pháp siêu âm lẫn phương pháp radar đều có thể được lựa chọn tùy thuộc vào ngân sách, độ chính xác yêu cầu và giao diện truyền thông.
2. Thùng chứa xi măng, bột khoáng và than
Phương pháp radar thường được ưu tiên sử dụng trong các trường hợp có bụi nặng, khoảng cách xa, bề mặt chất rắn không đều hoặc hình học thùng chứa phức tạp.
3. Thùng chứa hóa chất và thiết bị phản ứng
Bộ truyền tín hiệu mức radar → 4–20 mA/HART → PLC / DCS
; 4. Bể chứa đường kính nhỏ
Trong các trường hợp khoảng trống trên tường bị hạn chế, nên đánh giá việc sử dụng radar chùm hẹp tần số 80 GHz hoặc radar sóng dẫn hướng;
; 5. Hệ thống giám sát từ xa cho nhiều silo
Bộ phát tín hiệu mức radar → RS485, Modbus RTU → RTU / Gateway công nghiệp → 4G / Ethernet → SCADA / IoT;
, PLC – Tích hợp RTU và Gateway công nghiệp;
– Kênh tín hiệu 4–20 mA; mA,
Bộ truyền tín hiệu mức → 4–20 mA → PLC AI / DCS
4–20 mA/HART
Bộ truyền tín hiệu radar → 4–20 mA/HART → PLC / Hệ thống DCS / HART:
, RS485, Modbus RTU,
Thiết bị đo lường → RS485, Modbus RTU → PLC / RTU / Gateway công nghiệp
Radar → RS485 → Gateway → 4G / Ethernet → MQTT / HTTP → SCADA / Máy chủ khách hàng
Bảng lựa chọn kỹ thuật
| Điều kiện dự án | Công nghệ cần đánh giá đầu tiên | Lý do |
|---|---|---|
| Bể nước đơn giản | Công nghệ siêu âm hoặc radar | Cả hai đều có thể hoạt động trong điều kiện đơn giản |
| Bể nước đơn giản | Công nghệ siêu âm hoặc radar | Lựa chọn dựa trên chi phí, độ chính xác,Và giao diện |
| Bình chân không | Radar | Âm thanh siêu âm – yêu cầu có môi trường truyền sóng |
| Radar nhiệt độ cao | Radar | Công nghệ siêu âm nhạy cảm hơn đối với điều kiện đường dẫn khí |
| Silo bụi cao | Radar | Hiệu suy giảm âm thanh thường nghiêm trọng hơn |
| Bồn chứa đường kính nhỏ | Radar tần số 80 GHz hoặc radar sóng định hướng | Bức xạ hẹp hoặc quá trình lan truyền định hướng giúp giảm nhiễu tại thành bồn |
| Lò phản ứng phức tạp | Radar tần số 80 GHz / Radar sóng định hướng | Tùy thuộc vào cấu tạo bên trong và môi trường |
| Bọt xốp dày | Đánh giá chuyên biệt cho ứng dụng; | Cả hai công nghệ đều có thể bị ảnh hưởng; |
| Dự án đơn giản, chú trọng chi phí; | Công nghệ siêu âm; | Có thể mang lại lợi thế về chi phí trong các điều kiện phù hợp; |
| Quy trình phức tạp trong dài hạn; | Radar; | Thông thường cung cấp phạm vi quy trình rộng hơn; |
Cần cung cấp thông tin gì trước khi lựa chọn?
| Mục lựa chọn | Thông tin bắt buộc |
|---|---|
| Loại | Dung dịch, bột, hạt, hỗn dịch và tên sản phẩm chính xác |
| Dải | Khoảng cách tối đa đến bề mặt sản phẩm thấp nhất |
| Kích thước bình chứa | Chiều cao, đường kính, hình dạng |
| Nhiệt độ | Nhiệt độ môi trường và nhiệt độ quy trình |
| Áp suất | Môi trường khí quyển, có áp suất hoặc chân không – |
| Bụi – | Có bụi lơ lửng nặng hay không – |
| Bọt – | Độ dày, thời gian tồn lưu, hàm lượng độ ẩm – |
| Bầu hơi / Kết tụ – | Có tồn tại liên tục hay không – |
| Phần bên trong – | Thiết bị khuấy, cuộn dây, thang, ống cấp liệu – |
| Kết nối quy trình – | Đường ren, mặt bích, kích thước – |
| Đầu ra – | 4–20 mA – mA, HART RS485, Modbus RTU, |
| Hệ thống điều khiển; | , PLC, DCS, RTU; SCADA – cổng công nghiệp; |
– Câu hỏi thường gặp;
– Q1: Phương pháp đo bằng sóng siêu âm hay phương pháp đo bằng radar có độ chính xác hơn?;
Radar hiệu suất cao có thể cung cấp độ phân giải cao hơn, tuy nhiên độ chính xác thực tế cần được so sánh giữa các mẫu sản phẩm;
– Q2: Có thể sử dụng phương pháp đo bằng sóng siêu âm trong môi trường chân không không?;
Thông thường là không.Các sóng siêu âm cần có môi trường vật chất là chất khí hoặc vật liệu khác; trong khi đó, sóng điện từ của radar có thể truyền đi trong chân không.
Q3: Liệu radar có hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi bọt xốp không?
Không. Bọt xốp dày hoặc ẩm có thể làm suy giảm hoặc phản xạ tín hiệu radar. Trong một số trường hợp, hệ thống radar sẽ đo bề mặt bọt xốp.
Q4: Tại sao sóng siêu âm không phù hợp lắm cho các silo chứa bụi nhiều?
Bụi lơ lửng dày đặc có thể hấp thụ và tán xạ năng lượng âm thanh, làm giảm tín hiệu phản xạ có thể sử dụng được.
Q5: Liệu radar có thể sử dụng trong môi trường chân không hoặc áp suất cao không?
Tín hiệu radar có thể lan truyền trong chân không, tuy nhiên thông số chịu áp suất cơ học của thiết bị, các gioăng kín và kết nối quy trình phải phù hợp với bình chứa.
Q6: Việc đo lường bằng sóng siêu âm có cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ không?
Thông thường là có, vì tốc độ của âm thanh thay đổi theo nhiệt độ.
Q7: Tại sao radar tần số 80 GHz phù hợp cho các bồn chứa cỡ nhỏ?
Bước sóng ngắn hơn cho phép áp dụng các thiết kế ăng-ten chùm tia hẹp, từ đó giảm thiểu hiện tượng phản xạ từ tường tàu ở khu vực lân cận.
Q8: Liệu thiết bị radar có luôn cần thiết đối với một bể nước đơn giản hay không?
Không. Nếu quy trình đo lường đơn giản và không có hiện tượng hơi nước, bọt khí hoặc gradient nhiệt độ nghiêm trọng, phương pháp đo lường bằng sóng siêu âm có thể là một giải pháp tiết kiệm chi phí.
Q9: Cả siêu âm và radar có thể kết nối với PLC?
Yes, tùy thuộc vào giao diện sản phẩm. Các tùy chọn phổ biến bao gồm 4-20 mA và RS485 Modbus RTU, trong khi nhiều thiết bị radar cũng hỗ trợ HART.
Q10: Có nên siêu âm và radar được so sánh chủ yếu theo giá?
No. Đầu tiên xác nhận tính phù hợp của quy trình, sau đó so sánh phạm vi, độ chính xác, cài đặt, giao diện truyền thông, bảo trì và chi phí vòng đời.
Kết luận
Ultrasonic và radar đều không liên lạc mức công nghệ, nhưng vật lý tuyên truyền của họ tạo ra giới hạn ứng dụng khác nhau. Siêu âm có hiệu quả về chi phí đối với nhiều thùng chứa và lưu vực đơn giản. Radar thường cung cấp một vỏ quy trình rộng hơn cho chân không, bụi, nhiệt độ cao, hơi, khoang bên trong phức tạp và các ứng dụng chất rắn tầm xa. Lựa chọn đúng
cần xem xét phương tiện, phạm vi, nhiệt độ, áp suất, bọt, bụi, hơi, hình dạng bình, không gian lắp đặt, độ chính xác và giao diện liên lạc trước khi chọn radar ultrasonic, 26 GHz, radar 80 GHz, radar dẫn hướng, hoặc công nghệ khác.
METRAVON Lựa chọn đo mức công nghiệp
để đánh giá dự án, cung cấp khoảng cách đo tối đa, nhiệt độ và áp suất bình, điều kiện chân không, bọt, hơi, bụi, cấu trúc ngưng tụ, kết nối quy trình, giao diện máy chủ, và các bức ảnh hoặc bản vẽ địa điểm.
