Trong lĩnh vực đo mức tự động hóa công nghiệp, máy phát mức radar đã trở thành thiết bị cốt lõi trong các ngành như hóa dầu, xử lý nước, thực phẩm và dược phẩm, nhờ những ưu điểm không tiếp xúc, độ chính xác cao và khả năng thích ứng mạnh mẽ. Nguyên lý hoạt động của chúng (nguyên lý hoạt động của máy phát mức radar) là chìa khóa để đạt được phép đo chính xác.
Máy phát mức radar là một thiết bị đo mức dựa trên công nghệ radar (sóng điện từ). Nó tính toán vị trí của bề mặt chất lỏng bằng cách truyền và nhận sóng điện từ, chuyển đổi tín hiệu chiều cao mức chất lỏng thành tín hiệu điện tiêu chuẩn công nghiệp (chẳng hạn như tín hiệu dòng điện 4-20mA, tín hiệu kỹ thuật số RS485) và thực hiện truyền xa, giám sát thời gian thực và điều khiển tự động dữ liệu mức chất lỏng.
So với các thiết bị đo mức truyền thống (chẳng hạn như loại phao, loại siêu âm), những ưu điểm cốt lõi của nó nằm ở việc không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như mật độ môi trường, độ nhớt, bụi và hơi nước. Nó có thể thích ứng với các điều kiện làm việc công nghiệp khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất cao và ăn mòn mạnh, và độ chính xác đo của nó vẫn ổn định trong thời gian dài.
Logic hoạt động của máy phát mức radar xoay quanh "truyền sóng điện từ - phản xạ - thu - tính toán tín hiệu". Nó suy ra chiều cao mức chất lỏng thông qua sự tương tác giữa sóng điện từ và bề mặt chất lỏng. Quá trình cụ thể như sau:
Bộ dao động tần số cao bên trong thiết bị tạo ra sóng điện từ có tần số cụ thể (thường là 6GHz, 26GHz). Những sóng điện từ này được truyền theo hướng đến bề mặt chất lỏng bên trong thùng chứa thông qua một ăng-ten radar chuyên dụng (chẳng hạn như ăng-ten hình sừng, ăng-ten dạng thanh).
- Điểm kỹ thuật chính: Tần số của sóng điện từ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất đo. Tần số càng cao, góc chùm càng hẹp (góc chùm của 26GHz thường là ≤3°), và sự tập trung tín hiệu càng mạnh, phù hợp với các thùng chứa cỡ nhỏ hoặc điều kiện làm việc phức tạp. Tần số thấp hơn (chẳng hạn như 6GHz) dẫn đến góc chùm rộng hơn (khoảng 15°), phù hợp với việc đo phạm vi lớn của các bể chứa cỡ lớn và có khả năng xuyên qua bụi và hơi nước mạnh hơn.
Khi chùm sóng điện từ chạm vào bề mặt chất lỏng, do sự khác biệt đáng kể về hằng số điện môi giữa chất lỏng và không khí (hằng số điện môi của chất lỏng thường là ≥1.8, cao hơn nhiều so với không khí), hầu hết các sóng điện từ bị phản xạ bởi bề mặt chất lỏng để tạo thành một "tín hiệu tiếng vang hiệu quả". Một lượng nhỏ sóng điện từ sẽ xuyên qua bề mặt chất lỏng hoặc bị môi trường hấp thụ, điều này có tác động không đáng kể đến kết quả đo.
- Tiền đề thích ứng: Miễn là hằng số điện môi của chất lỏng đáp ứng ≥1.8, một tiếng vang ổn định có thể được hình thành. Nếu hằng số điện môi của môi trường cực kỳ thấp (chẳng hạn như một số loại dầu nhẹ, khí tự nhiên hóa lỏng), một ống dẫn sóng có thể được sử dụng để tăng cường hiệu ứng phản xạ và đảm bảo cường độ của tín hiệu tiếng vang.
Tín hiệu tiếng vang phản xạ trở lại theo đường dẫn ban đầu và được thu bởi ăng-ten radar. Mô-đun xử lý tín hiệu (được trang bị chip MCU và DSP) bên trong thiết bị thực hiện xử lý lọc, khuếch đại và giảm nhiễu trên tín hiệu tiếng vang, loại bỏ các tín hiệu nhiễu như phản xạ thành thùng chứa, bụi môi trường và rung động thiết bị, và chỉ giữ lại tiếng vang hiệu quả liên quan đến bề mặt chất lỏng, cung cấp cơ sở dữ liệu chính xác cho các phép tính tiếp theo.
Bằng cách tính toán "độ chênh lệch thời gian (Δt) giữa thời gian truyền sóng điện từ và thời gian nhận tiếng vang", và kết hợp với tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong không khí (khoảng 3×10⁸m/s trong điều kiện tiêu chuẩn, có thể được hiệu chỉnh theo thời gian thực theo nhiệt độ và áp suất môi trường), mô-đun xử lý tín hiệu suy ra chiều cao mức chất lỏng thông qua một công thức:
Chiều cao mức chất lỏng (H) = Tổng chiều cao thùng chứa (H_total) - Khoảng cách từ ăng-ten radar đến bề mặt chất lỏng (d)
Trong đó, d = (Tốc độ lan truyền sóng điện từ × Δt) / 2 (chia cho 2 vì sóng điện từ cần di chuyển qua lại giữa ăng-ten và bề mặt chất lỏng).
- Công nghệ đặc biệt: Một số thiết bị cao cấp áp dụng công nghệ Sóng liên tục điều tần (FMCW). Bằng cách truyền sóng điện từ có tần số thay đổi tuyến tính, chúng tính toán sự khác biệt về tần số giữa sóng truyền và tiếng vang, và gián tiếp suy ra khoảng cách. Điều này phù hợp với các tình huống đo mức chất lỏng có độ chính xác cao (lỗi ≤ ±0.05%) và khoảng cách xa (phạm vi đo lên đến 70m).
Sau khi hoàn thành tính toán, thiết bị chuyển đổi tín hiệu chiều cao mức chất lỏng thành các tín hiệu tiêu chuẩn công nghiệp như 4-20mA, RS485 hoặc giao thức HART và truyền nó đến PLC, hệ thống điều khiển DCS hoặc các thiết bị hiển thị để thực hiện giám sát thời gian thực mức chất lỏng, báo động quá giới hạn hoặc điều khiển xả/cấp nước tự động.
Dựa trên nguyên lý hoạt động trên, máy phát mức radar có ba ưu điểm kỹ thuật cốt lõi, có thể đáp ứng chính xác nhu cầu của các tình huống công nghiệp:
Vì sóng điện từ không cần tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng, không có ma sát vật lý giữa thiết bị và môi trường. Ăng-ten được làm bằng vật liệu chống ăn mòn (chẳng hạn như Hastelloy, lớp phủ PTFE) và được trang bị thiết kế bịt kín cấp IP67/IP68. Nó có thể chịu được áp suất tối đa 60MPa và phạm vi nhiệt độ từ -60℃ đến 400℃ và phù hợp với các điều kiện làm việc ăn mòn mạnh, nhiệt độ cao và áp suất cao. Tuổi thọ của thiết bị được kéo dài đến 5-8 năm (tuổi thọ của các thiết bị tiếp xúc truyền thống thường dưới 3 năm).
Sự lan truyền của sóng điện từ không bị ảnh hưởng bởi mật độ môi trường, độ nhớt hoặc màu sắc và có thể xuyên qua bụi, hơi nước và sương mù. Ngay cả trong các thùng chứa phức tạp có bộ khuấy và vách ngăn, thông qua thiết kế chùm hẹp hoặc thuật toán theo dõi tiếng vang, tiếng vang bề mặt chất lỏng vẫn có thể được xác định chính xác và độ ổn định đo không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi của môi trường.
Thông qua các tối ưu hóa như thiết kế tín hiệu tần số cao, mô-đun bù nhiệt độ và áp suất và công nghệ FMCW, sai số đo của thiết bị có thể được kiểm soát trong vòng ±0.1% và phạm vi đo bao gồm 0.1m-70m. Nó có thể được điều chỉnh để đo mức/mức vật liệu của chất lỏng và một số hạt rắn (chẳng hạn như hạt nhựa, bột than), đáp ứng nhu cầu của nhiều ngành công nghiệp như hóa dầu, xử lý nước, thực phẩm và dược phẩm và lưu trữ năng lượng.
Cả hai đều là các phương pháp đo không tiếp xúc, nhưng công nghệ cốt lõi của chúng khác nhau: Máy phát mức radar dựa trên phản xạ sóng điện từ, không bị ảnh hưởng bởi bụi, hơi nước và nhiệt độ, với phạm vi đo rộng (0.1m-70m) và phù hợp với các điều kiện làm việc phức tạp. Máy đo mức siêu âm dựa trên phản xạ sóng âm; sóng âm dễ bị suy giảm bởi bụi và nhiệt độ, với phạm vi đo hẹp (0.2m-10m) và chỉ phù hợp với các tình huống đo chất lỏng sạch và không có nhiễu.
Cần thực hiện các tối ưu hóa từ góc độ thích ứng nguyên lý hoạt động: chọn tần số phù hợp với điều kiện làm việc (26GHz cho các điều kiện làm việc phức tạp), hiệu chỉnh tốc độ lan truyền sóng điện từ (bù thời gian thực dựa trên nhiệt độ và áp suất môi trường), đảm bảo rằng hằng số điện môi bề mặt chất lỏng đáp ứng các yêu cầu (sử dụng ống dẫn sóng cho môi trường có hằng số điện môi thấp) và thường xuyên làm sạch ăng-ten để tránh nhiễu từ sự tích tụ vật liệu, để duy trì phép đo có độ chính xác cao.
Dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng, chúng có thể được điều chỉnh cho các điều kiện làm việc đặc biệt như nhiệt độ cao (≤400℃), áp suất cao (≤60MPa), ăn mòn mạnh (môi trường axit-bazơ), bụi cao (như silo xi măng, bể chứa bột than) và dễ tạo sương mù (như bể lên men đồ uống). Hơn nữa, chúng không yêu cầu bảo trì thường xuyên và là thiết bị đo mức chất lỏng được ưu tiên trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
Nguyên lý hoạt động của máy phát mức radar tập trung vào "tương tác sóng điện từ". Thông qua truyền, phản xạ, thu và tính toán chính xác, nó thực hiện đo mức chất lỏng không tiếp xúc, độ chính xác cao và khả năng thích ứng cao. Những ưu điểm kỹ thuật của nó bắt nguồn từ sự thích ứng sâu sắc với nhu cầu của các tình huống công nghiệp. Cho dù đó là khả năng chống nhiễu trong điều kiện làm việc khắc nghiệt hay khả năng thích ứng đo phạm vi rộng, cả hai đều được thúc đẩy bởi sự tối ưu hóa và lặp lại của nguyên lý hoạt động. Với việc nâng cấp tự động hóa công nghiệp, máy phát mức radar dựa trên các nguyên lý hoạt động tiên tiến sẽ tiếp tục là thiết bị cốt lõi để đo mức chất lỏng trong các ngành công nghiệp khác nhau, thúc đẩy phép đo công nghiệp theo hướng "chính xác hơn, ổn định hơn và bảo trì thấp hơn".
Thông tin liên hệ
Điện thoại: 15901050329
