Cảm biến mức radar dùng để làm gì? Ứng dụng và nguyên lý hoạt động

Cảm biến mức radar được sử dụng để làm gì? Các ứng dụng, nguyên lý hoạt động và hướng dẫn lựa chọn.

: Cảm biến mức radar chủ yếu được dùng để đo liên tục mức chất lỏng, mức vật liệu dạng khối hoặc mức nước (), cũng như các trường hợp tương tự khác (). Thiết bị được lắp đặt phía trên bồn chứa, hồ chứa, kênh dẫn hoặc silo, và đo khoảng cách giữa cảm biến và bề mặt vật liệu. Khoảng cách này sau đó được chuyển đổi thành mức chất lỏng thực tế hoặc khoảng trống còn lại.

Do radar không tiếp xúc thường không cần phải ngâm trong môi trường quy trình, nên thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xử lý nước, bồn chứa hóa chất, lưu trữ dầu, ứng dụng chất lỏng dạng huyền phù, silo chứa bột và vật liệu dạng hạt, cũng như giám sát mức nước trong các hệ thống thủy văn.

1. Cảm biến mức radar thực chất đo được gì?

Cảm biến mức radar đo trực tiếp khoảng cáchgiữa cảm biến và bề mặt vật liệuThiết bị sau đó sử dụng tham chiếu lắp đặt hoặc kích thước tàu để tính toán mức chất lỏng, mức chất rắn dạng khối hoặc khoảng trống.

– Mức chất lỏng

Nước, nước thải, dầu, axit, kiềm, dung môi và các chất lỏng công nghiệp khác.

– Mức độ huyền phù;

– Cặn được chọn lọc, huyền phù khoáng và môi trường công nghệ chứa chất rắn lơ lửng;

– Mức độ chất rắn dạng khối.

Bột, hạt, hạt thô, xi măng, khoáng vật và nguyên liệu hóa học.

– Mức nước;

– Các hồ chứa, sông, kênh rạch, bể chứa và các ứng dụng giám sát thủy văn khác;

– Mức nước = Độ cao tham chiếu − Khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt vật liệu;

– 2. Cảm biến đo mức bằng radar hoạt động như thế nào?

Cảm biến radar không tiếp xúc phát ra các sóng điện từ hướng tới bề mặt vật liệu. Các sóng này được phản xạ bởi bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn, sau đó được ăngten thu lại.

Thiết bị này tính toán khoảng cách bằng cách phân tích thời gian truyền của tín hiệu hoặc, trong hệ thống radar FMCW, là sự chênh lệch tần số giữa tín hiệu được phát ra và tín hiệu phản hồi thu được.

Radar không phụ thuộc vào tốc độ âm thanh trong không khí, do đó có thể hoạt động trong môi trường chân không và thường phù hợp hơn so với phương pháp đo bằng sóng siêu âm trong các ứng dụng có sự biến thiên nhiệt độ lớn, hoặc có sự hiện diện của hơi hoặc bụi. Các giới hạn hoạt động thực tế vẫn phụ thuộc vào mẫu radar được lựa chọn, ăng-ten và điều kiện quy trình.

3. Các loại môi trường nào có thể được đo bằng cảm biến mức radar?

Radar có thể được áp dụng trên nhiều loại môi trường khác nhau, mặc dù các ứng dụng cụ thể có thể yêu cầu các tần số radar, thiết kế ăng-ten và kết nối quy trình khác nhau.

– 4. Các cảm biến đo mức radar thường được sử dụng trong những lĩnh vực nào?

– Xử lý nước và nước thải

Giám sát liên tục mức chất trong các bồn chứa nước, bồn chứa nước thải, bồn cấp hóa chất và các bình chứa nước dùng trong quy trình công nghiệp.

Quy trình xử lý hóa chất;

Các bồn chứa axit và kiềm, bồn chứa dung môi, bình phản ứng và bình chứa quy trình;

Dầu và lưu trữ;

Giám sát liên tục mức chất trong các bồn chứa dầu, nhiên liệu và các loại bồn chứa chất lỏng khác;

Silo chứa vật liệu dạng khối và rắn;

Đo lường mức chất trong các bồn chứa xi măng, khoáng sản, ngũ cốc, viên nén và bột hóa chất.

Giám sát thủy văn;

Đo mức nước không tiếp xúc trong các con sông, hồ chứa, kênh rạch và các vùng nước tự do;

5. Những điều kiện vận hành nào phù hợp với radar?

Một trong những ưu điểm chính của radar là khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Tùy theo loại radar, thiết bị này có thể được sử dụng trong các môi trường như khí quyển, môi trường có áp suất, môi trường chân không, môi trường nhiệt độ cao, môi trường giàu hơi, môi trường có bụi và môi trường ăn mòn.

Cảm biến không được phép ngâm trong môi chất;

Có hiện diện bụi hoặc các hạt rắn;

Có hiện diện hơi hoặc sự thay đổi nhiệt độ;

Bình chứa đang hoạt động trong điều kiện chân không hoặc áp suất;

Môi chất trong quy trình có tính ăn mòn;

Cần thực hiện đo mức liên tục trên phạm vi xa.

Các quy trình có yêu cầu khắt khe vẫn cần được lựa chọn phù hợp theo đặc thù của từng ứng dụng. Đối với các chất lỏng ăn mòn, cần sử dụng ăng-ten và vật liệu làm kín quy trình phù hợp; đối với các ứng dụng ở nhiệt độ cao hoặc áp suất cao, cần lựa chọn các chỉ số chịu tải phù hợp; còn trong môi trường nhiều bụi hoặc dễ hình thành hơi ngưng tụ, cần đảm bảo cấu trúc và phương thức lắp đặt ăng-ten phù hợp.

6. Cảm biến mức radar không thể đo trực tiếp những gì?

Cảm biến mức radar tiêu chuẩn chủ yếu được thiết kế để đo lườngKhoảng cách và cấp độThiết bị này thông thường không đo trực tiếp vận tốc dòng chảy, lưu lượng dòng chảy, nhiệt độ, áp suất, nồng độ hoặc các thông số về chất lượng nước.

Ví dụ, cảm biến radar đo mực nước có thể xác định mực nước trong một con sông hoặc kênh dẫn. Nếu cũng cần biết vận tốc dòng chảy tại bề mặt, thông thường sẽ cần sử dụng một cảm biến vận tốc radar chuyên dụng. Việc tính toán lưu lượng thường đòi hỏi các dữ liệu về mực nước, vận tốc dòng chảy và tiết diện của kênh hoặc sông.

Tương tự, các bồn công nghiệp yêu cầu theo dõi nhiệt độ, áp suất, mật độ hoặc các biến số quy trình khác sẽ cần thêm các cảm biến chuyên dụng hoặc một hệ thống đo lường đa thông số.

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

Việc đo mức bằng radar chủ yếu bao gồm radar không tiếp xúc và radar sóng dẫn. Radar không tiếp xúc phát ra các sóng điện từ qua không gian tự do bên trong bồn chứa, phù hợp cho hầu hết các ứng dụng liên quan đến bồn chứa, đo mức nước và đo chất rắn dạng khối. Radar sóng dẫn

hướng các xung radar theo một thanh kim loại, cáp hoặc đầu dò đồng trục đi vào môi trường quy trình. Một số thiết bị radar sóng dẫn được lựa chọn cũng có thể đo được bề mặt phân cách giữa hai chất lỏng không trộn lẫn được.

Đối với phần lớn các ứng dụng chất lỏng và vật liệu rắn dạng khối thông thường, radar không tiếp xúc có thể được lựa chọn dựa trên khoảng cách đo, góc chùm tia và điều kiện quy trình. Radar sóng dẫn hướng có thể được xem xét cho các ứng dụng đo lường tại bề mặt tiếp giáp, buồng rẽ hướng hoặc sử dụng đầu dò dẫn hướng.

8. Tại sao đặc tính của môi trường quy trình lại quan trọng?

Tín hiệu radar phải tạo ra lượng phản xạ đủ lớn từ bề mặt vật liệu để đảm bảo khả năng phát hiện mức chất lỏng một cách ổn định. Đặc tính điện môi của môi trường quy trình ảnh hưởng đến cường độ hồi âm.

Các chất lỏng có hằng số điện môi thấp thường tạo ra hiện tượng phản xạ bề mặt yếu hơn, do đó chất lượng tín hiệu trở nên quan trọng hơn ở khoảng cách xa hoặc khi mức chất lỏng thấp. Bọt, hiện tượng ngưng tụ, bụi bẩn, góc tiếp xúc giữa vật liệu và bề mặt, cũng như sự tích tụ trên ăng-ten, đều có thể ảnh hưởng đến tín hiệu phản hồi.

Vì lý do này, việc chỉ nêu đơn thuần “Tôi cần đo mức chất lỏng” thường không đủ để lựa chọn đúng thiết bị đo phù hợp. Cần cung cấp thêm thông tin về môi trường quy trình cũng như thông tin lắp đặt.

9. Cần cung cấp những thông tin nào để lựa chọn cảm biến mức radar?

Ít nhất, cần cung cấp các thông tin sau:Môi trường quy trình, khoảng cách đo tối đa, nhiệt độ quy trình, áp suất quy trình và hình dạng bình chứa –Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn tần số radar, ăng-ten, phạm vi đo và kết nối quy trình.

Câu hỏi thường gặp

Q1: Cảm biến mức radar được sử dụng để làm gì?

A1: Thiết bị này chủ yếu được dùng để đo liên tục mức chất lỏng, mức nước hoặc mức vật liệu dạng khối, thông qua việc đo khoảng cách giữa cảm biến và bề mặt vật liệu.

Câu hỏi 2: Cảm biến mức radar có thể đo được lượng nước không?

A2: Đúng. Radar được sử dụng rộng rãi cho các bể chứa nước, hồ chứa, bể xử lý nước thải, sông ngòi và các ứng dụng khác liên quan đến giám sát mức nước.

Câu hỏi 3: Cảm biến mức radar có thể đo được các loại bột không?

A3: Có. Radar chùm hẹp tần số cao được sử dụng rộng rãi trong các silo chứa bột và vật liệu dạng hạt. Khi lựa chọn thiết bị này, cần xem xét các yếu tố như bụi, khoảng cách, góc tiếp xúc giữa vật liệu và bề mặt silo, cũng như độ phản xạ.

Q4: Thiết bị cảm biến mực nước dạng radar có thể đo được cả vận tốc hay không?

A4: Cảm biến mực nước radar tiêu chuẩn chủ yếu dùng để đo mực nước. Để đo vận tốc bề mặt, thường cần sử dụng cảm biến vận tốc radar chuyên dụng.

Q5: Radar có thể đo được các chất lỏng ăn mòn không?

A5: Có, miễn là sử dụng ăng-ten chống ăn mòn phù hợp và cấu hình bịt kín phù hợp với môi trường công nghiệp. Cần xác định loại chất lỏng, nồng độ, nhiệt độ và áp suất để đảm bảo tính tương thích về vật liệu.

Q6: Cảm biến mực nước radar có thể đo trực tiếp lưu lượng không?

A6: Cảm biến đo mức radar tiêu chuẩn có chức năng đo trực tiếp mức chất lỏng. Đối với dòng chảy trong kênh mở hoặc dòng sông, thông thường cần thu thập các thông số về mức chất lỏng, vận tốc dòng chảy và tiết diện ngang.

Q7: Sự khác biệt giữa đo mức bằng radar và radar sóng dẫn là gì?

A7: Radar không tiếp xúc truyền các sóng điện từ qua không gian tự do. Radar sóng dẫn hướng các xung radar dọc theo một thanh, cáp hoặc đầu dò đồng trục đi vào môi trường quy trình.

Q8: Cảm biến mức radar có thể kết nối với PLC được không?

A8: Có. Tùy theo từng mẫu thiết bị, các giao diện như 4-20mA, HART và RS485 Modbus RTU có thể được sử dụng để tích hợp với PLC, DCS, RTU và các hệ thống thu thập dữ liệu.

– Kết luận

Mục đích chính của cảm biến mức radar là thực hiện việc đo lường liên tục mức chất lỏng, mức vật liệu dạng khối hoặc mức nước. Thiết bị này sử dụng sóng điện từ để xác định khoảng cách giữa cảm biến và bề mặt vật liệu, và được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xử lý nước, bồn chứa hóa chất, lưu trữ dầu, chất liệu huyền phù, giám sát thủy văn, cũng như các silo chứa bột hoặc vật liệu dạng hạt.

Radar chủ yếu dùng để đo khoảng cách và độ cao, và không thể thay thế trực tiếp các cảm biến chuyên dụng đo vận tốc, lưu lượng, nhiệt độ hoặc áp suất. Việc lựa chọn cảm biến cần được thực hiện dựa trên các yếu tố sau: loại môi chất trong quy trình, khoảng cách đo tối đa, nhiệt độ, áp suất, sự hiện diện của bọt khí, hơi, bụi, tính ăn mòn và hình dạng của thiết bị chứa – nhằm xác định tần số, ăngten và phương thức kết nối quy trình phù hợp.

METRAVON Các cảm biến radar có thể được cấu hình cho các phạm vi đo khác nhau, các kết nối quy trình và các giao diện công nghiệp như 4-20mA và RS485 Modbus RTU dành cho việc đo mức liên tục trong các bồn chứa, hệ thống giám sát nước và silo chứa vật liệu dạng khối.