Radar đo mức tần số cao: nguyên lý, ưu điểm và ứng dụng

I. Thiết bị đo mức bằng radar tần số cao là gì?

: Thiết bị đo mức bằng radar tần số cao là một thiết bị công nghiệp sử dụng sóng vi ba tần số cao để đo mức chất lỏng liên tục. Tùy theo chất đo, thiết bị này được phân loại thành thiết bị đo mức chất lỏng bằng radar tần số cao hoặc thiết bị đo mức vật liệu bằng radar tần số cao.

: Một số sản phẩm radar tần số cao sử dụng tần số phát xạ khoảng 25 GHz; trong khi các sản phẩm công nghiệp hoạt động ở tần số 24 GHz, 26 GHz hoặc các dải tần số khác cũng thường được cung cấp trên thị trường. Tần số hoạt động cụ thể cần được xác nhận theo tài liệu kỹ thuật của model tương ứng. Máy đo mức radar tần số cao

có thể được sử dụng với các phương thức lắp đặt sau:

• – lắp đặt bằng ren;

• – lắp đặt bằng mặt bích;

– các loại khác. Thiết bị này được dùng để đo mức trong các lò phản ứng, bồn chứa, silo chứa vật liệu rắn và các thiết bị chứa khác.

– Một số mẫu thiết bị có thể cung cấp phạm vi đo khoảng 30 m. Phạm vi đo thực tế phụ thuộc vào loại radar, ăngten, môi trường truyền dẫn và điều kiện lắp đặt.

– II. Nguyên lý hoạt động của máy đo mức radar tần số cao

: Máy đo mức radar tần số cao tạo ra các tín hiệu xung sóng vô tuyến tần số cao thông qua mạch điện tử, sau đó truyền các tín hiệu này về phía bề mặt chất liệu được đo thông qua ăng-ten.

Quy trình đo lường cơ bản có thể được tóm tắt như sau:

Tạo xung vi ba → Truyền xung qua ăng-ten → Xung phản xạ từ bề mặt môi trường → ăng-ten thu tín hiệu phản xạ → Tính toán thời gian truyền sóng → Xác định mức độ

Một số thiết bị radar tần số cao sử dụng các đường vi dải tần số cao và cấu trúc ống dẫn sóng, trong đó các xung vi ba được truyền qua vật liệu PTFE và các cấu trúc ăng-ten khác.

Khi xung radar đến bề mặt của chất lỏng hoặc chất rắn được đo, một phần năng lượng sẽ bị phản xạ và được thu bởi cùng một anten.

Thiết bị phân tích khoảng thời gian giữa tín hiệu phát đi và tín hiệu phản hồi để tính toán khoảng cách từ anten đến bề mặt của môi trường được đo, sau đó chuyển đổi khoảng cách này thành mức chất lỏng hoặc mức vật liệu.

Do đó, đại lượng được đo đầu tiên bởi máy đo mức radar tần số cao về bản chất là:

Khoảng cách từ thiết bị radar đến bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn.

III. Loại chất lỏng nào phù hợp với máy đo mức radar tần số cao?

Máy đo mức radar tần số cao có thể được sử dụng để đo lường liên tục cả chất lỏng lẫn chất rắn.

Đặc biệt trong các ứng dụng với vật liệu rắn, sản phẩm này có thể được sử dụng cho:

• Các hạt rắn;

• Vật liệu khối;

• Vật liệu dạng bột;

• Hầm chứa vật liệu rắn;

• Bình chứa dùng trong quy trình công nghiệp.

Radar tần số cao cũng được ứng dụng rộng rãi tại các khu vực có hiện tượng bụi, ngưng tụ, hơi nước hoặc điều kiện bề mặt môi trường phức tạp.

Khi lựa chọn sản phẩm thực tế, các yếu tố sau đây cần được xác nhận:

• Loại môi trường;

• Khoảng cách đo lường tối đa;

• Kích thước bể chứa;

• Điều kiện bụi;

• Điều kiện hơi nước và ngưng tụ;

• Vị trí lắp đặt;

• Loại ăng-ten.

IV. Những ưu điểm chính của máy đo mức radar tần số cao là gì?

So với radar xung tần số thấp, máy đo mức radar tần số cao có những đặc điểm riêng về kích thước ăng-ten, tính định hướng và ứng dụng trong các tàu cỡ nhỏ.

1. Chùm tia tương đối tập trung

Các hệ thống radar tần số cao ở tần số 24 GHz, 25 GHz và 26 GHz có bước sóng tương đối ngắn.

Với anten được thiết kế phù hợp, có thể tạo ra chùm radar tương đối tập trung, giúp tín hiệu chiếu sáng khu vực mục tiêu một cách chính xác hơn.

Thiết bị này mang lại lợi thế thực tiễn đối với các tàu biển có hiện tượng nhiễu cấu trúc nội bộ nhất định.

2. Kích thước ăng-ten nhỏ hơn (

): Khi tần số hoạt động tăng lên, có thể sử dụng cấu trúc ăng-ten nhỏ gọn hơn trong các điều kiện thiết kế tương đương.

Do đó, hệ thống radar tần số cao đặc biệt phù hợp cho các trường hợp sau:

• – Các tàu biển có lỗ lắp đặt nhỏ;

• – Các bồn chứa cỡ nhỏ;

• – Thiết bị có không gian lắp đặt hạn chế;

• – Các thiết bị xử lý quy trình cỡ nhỏ;

– Kích thước ăng-ten nhỏ hơn cũng có thể giúp đơn giản hóa quá trình lắp đặt cơ khí trong một số ứng dụng thực tế;

– 3. Phù hợp cho việc đo lường một số loại vật liệu rắn khối;

– Bước sóng của hệ thống radar tần số 26 GHz khoảng 11 mm.

Trong việc đo mức chất rắn theo khối lượng, radar tần số cao có thể được sử dụng để theo dõi liên tục mức độ của các vật liệu dạng hạt hoặc các vật liệu rắn khác.

Do bề mặt của vật liệu rắn thường không bằng phẳng như bề mặt chất lỏng, việc lựa chọn thiết bị radar cũng cần xem xét các yếu tố sau:

• Bề mặt vật liệu nghiêng;

• Bụi;

• Kích thước hạt;

• Cấu trúc silo bên trong;

• Vị trí đổ chất.

Tần số cao chỉ là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất đo lường và không thể tự độc lập xác định kết quả đo lường cuối cùng.

V. Tại sao radar tần số cao phù hợp cho các bồn chứa cỡ nhỏ?

Đối với các thiết bị chứa có đường kính nhỏ và chiều cao tổng thể tương đối thấp, nếu chùm tia radar quá rộng thì có nguy cơ chiếu sáng thành bồn hoặc các cấu trúc bên trong.

: Do radar tần số cao có thể sử dụng ăng-ten cỡ nhỏ hơn và thường mang lại độ định hướng tốt hơn, nên nó có thể giảm bớt một phần nhiễu do tường bể chứa và các cấu trúc xung quanh gây ra.

Do đó, radar tần số cao tạo ra điều kiện lắp đặt thuận lợi cho các bể chứa nhỏ và các thiết bị xử lý quy mô nhỏ.

Tuy nhiên, các yêu cầu sau đây vẫn cần được tuân thủ trong quá trình lắp đặt:

• Cân chỉnh chính xác vị trí của ăng-ten so với bề mặt chất lỏng;

• Tránh đặt ăng-ten vào vị trí đầu cấp chất lỏng;

• Tránh đặt ăng-ten gần các vật cản rõ rệt;

• Tránh lắp đặt ăng-ten quá gần thành bể.

VI. Bụi, hơi nước và chất bẩn trên ăng-ten có ảnh hưởng đến hệ thống radar tần số cao không?

Sau thời gian hoạt động dài hạn trong môi trường công nghiệp, bề mặt ăng-ten radar có thể dần tích tụ:

• Bụi;

• Hơi nước;

• Các chất ô nhiễm;

• Sự ngưng tụ.

Các lớp chất tích tụ này có thể ảnh hưởng đến quá trình truyền và thu tín hiệu radar.

Anten radar tần số cao thường có kích thước tương đối nhỏ gọn và có thể được trang bị các cấu trúc bảo vệ anten hoặc vỏ che anten phù hợp tùy theo ứng dụng thực tế nhằm giảm thiểu một số ảnh hưởng do hơi nước và tạp chất gây ra.

Tuy nhiên, việc sử dụng vỏ che anten không thể thay thế cho công tác bảo trì thông thường.

Đối với các ứng dụng có tình trạng bụi nhiều, hiện tượng ngưng tụ thường xuyên hoặc ô nhiễm kéo dài, cần kiểm tra định kỳ các hạng mục sau:

• Bề mặt ăng-tan;

• Khung bảo vệ;

• Tình trạng kín khí;

• Tình trạng tiếng vang.

VII. Sự khác biệt giữa radar tần số cao và radar tần số thấp là gì?

Cả hai loại radar đều sử dụng sóng điện từ để đo độ cao, nhưng tần số hoạt động và cấu trúc ăng-ten của chúng là khác nhau.

: Cần lưu ý rằng không có sự ưu thế hay kém ưu thế tuyệt đối nào giữa radar tần số cao và radar tần số thấp;

: Hiệu suất đo lường thực tế vẫn phụ thuộc vào:

: Thiết bị đo trung bình + Anten + Phạm vi đo lường + Cấu trúc lắp đặt + Môi trường tại hiện trường.

– VIII. Các ứng dụng điển hình của thiết bị đo mức radar tần số cao là gì?

– Thiết bị đo mức radar tần số cao có thể được sử dụng trong nhiều quy trình công nghiệp khác nhau.

– Các ứng dụng điển hình bao gồm:

– Hòi vật liệu rắn;

– Dùng để theo dõi liên tục mức độ của vật liệu dạng hạt, vật liệu dạng bột và vật liệu rắn dạng khối;

– Các thiết bị phản ứng.

Dùng để đo mức chất lỏng hoặc mức vật liệu trong các bình quy trình.

– Bình chứa cỡ nhỏ;

– Khi không gian lắp đặt hạn chế và đường kính bình tương đối nhỏ, có thể thực hiện phép đo bằng anten nhỏ hơn và chùm sóng tập trung hơn.

– Môi trường có bụi;

– Trong quá trình vận chuyển và bảo quản vật liệu rắn, có thể xuất hiện lượng bụi đáng kể bên trong silo. Tùy theo mẫu thiết bị cụ thể, radar tần số cao có thể được sử dụng trong các điều kiện vận hành này.

– Các tàu có khí nước hoặc hơi nước;

– Các cấu trúc ăng-ten và thiết kế bảo vệ phù hợp có thể giảm bớt một phần các ảnh hưởng do khí nước và hiện tượng ô nhiễm gây ra.

– IX. Những thông số nào cần xác nhận khi lựa chọn đồng hồ đo mức radar tần số cao?

– Câu hỏi thường gặp

– Q1: Tần số hoạt động điển hình của thiết bị đo mức bằng radar tần số cao là bao nhiêu?

Một số sản phẩm radar tần số cao hoạt động ở tần số 24 GHz, 25 GHz hoặc 26 GHz. Tần số hoạt động cụ thể tùy thuộc vào từng model và cần được xác nhận theo tài liệu kỹ thuật của sản phẩm.

Q2: Tại sao radar tần số 26 GHz phù hợp cho các bồn chứa cỡ nhỏ?

Tần số hoạt động cao hơn cho phép sử dụng thiết kế ăng-ten nhỏ gọn hơn và tạo ra chùm sóng tương đối tập trung. Do đó, đối với các thiết bị có đường kính nhỏ, việc tránh tiếp xúc với thành bồn hoặc các cấu trúc bên trong sẽ dễ dàng hơn.

Q3: Radar tần số cao có thể đo lường vật liệu rắn không?

Có. Thiết bị đo mức radar tần số cao có thể được sử dụng để đo mức liên tục đối với các vật liệu dạng hạt, vật liệu dạng bột và các chất rắn khối khác.

Q4: Bước sóng của hệ thống radar tần số 26 GHz là bao nhiêu?

Bước sóng của hệ thống radar tần số 26 GHz khoảng 11 mm.

Q5: Bụi bám trên bề mặt ăng-ten có ảnh hưởng đến kết quả đo không?

Có thể. Sự tích tụ của bụi dày, hơi nước hoặc chất ô nhiễm trên bề mặt ăng-ten có thể ảnh hưởng đến quá trình truyền và tiếp nhận tín hiệu radar bình thường; do đó, việc kiểm tra và bảo trì nên được thực hiện tùy theo điều kiện tại hiện trường.

Q6: Liệu radar tần số cao có luôn chính xác hơn so với radar tần số thấp không?

Không: Độ chính xác đo lường không thể xác định chỉ dựa vào tần số vận hành duy nhất. Tần số ảnh hưởng đến đặc tính chùm tia và thiết kế ăng-ten; tuy nhiên, độ chính xác đo lường thực tế còn phụ thuộc vào mẫu thiết bị cụ thể, môi trường, phạm vi đo, điều kiện lắp đặt và khả năng xử lý tín hiệu.

– Tóm tắt;

– Các Thiết bị đo mức radar tần số cao sử dụng xung sóng vi ba tần số cao để thực hiện phép đo mức không tiếp xúc. Một số sản phẩm hoạt động trong các dải tần số như 24 GHz, 25 GHz hoặc 26 GHz.

Các đặc tính chính của sản phẩm bao gồm:

kích thước ăng-ten nhỏ gọn, tính định hướng tốt, chùm tia tương đối tập trung, và phù hợp cho các silo vật liệu rắn, bể chứa nhỏ cũng như trong các điều kiện vận hành có nhiều bụi hoặc dễ xảy ra hiện tượng ngưng tụ.

Tuy nhiên, tần số hoạt động cao hơn không có nghĩa là thiết bị sẽ hoạt động hiệu quả hơn trong mọi điều kiện tại hiện trường.

Đối với các dự án thực tế, cần lựa chọn mẫu đồng hồ đo mức radar phù hợp dựa trên đánh giá toàn diện các yếu tố sau:

loại máy đo, phạm vi đo, kích thước tàu, bụi, hơi nước, hiện tượng ngưng tụ, cấu trúc bên trong và phương pháp lắp đặt.