ในด้านการวัดระดับอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เครื่องส่งสัญญาณวัดระดับเรดาร์ได้กลายเป็นอุปกรณ์หลักในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ปิโตรเคมี การบำบัดน้ำ อาหารและเภสัชกรรม ด้วยข้อได้เปรียบที่ไม่ต้องสัมผัส ความแม่นยำสูง และความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่ง หลักการทำงาน (หลักการทำงานของเครื่องส่งสัญญาณวัดระดับเรดาร์) เป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุการวัดที่แม่นยำ
เครื่องส่งสัญญาณวัดระดับเรดาร์เป็นอุปกรณ์วัดระดับที่ใช้เทคโนโลยีเรดาร์ (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) คำนวณตำแหน่งของพื้นผิวของเหลวโดยการส่งและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แปลงสัญญาณความสูงของระดับของเหลวเป็นสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐานอุตสาหกรรม (เช่น สัญญาณกระแส 4-20mA, สัญญาณดิจิทัล RS485) และตระหนักถึงการส่งข้อมูลระยะไกล การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ และการควบคุมอัตโนมัติของข้อมูลระดับของเหลว
เมื่อเทียบกับอุปกรณ์วัดระดับแบบดั้งเดิม (เช่น แบบลูกลอย, แบบอัลตราโซนิก) ข้อได้เปรียบหลักอยู่ที่การไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ความหนาแน่นของตัวกลาง ความหนืด ฝุ่น และไอน้ำ สามารถปรับให้เข้ากับสภาพการทำงานในอุตสาหกรรมที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง ความดันสูง และการกัดกร่อนที่รุนแรง และความแม่นยำในการวัดยังคงเสถียรเป็นเวลานาน
ตรรกะการทำงานของเครื่องส่งสัญญาณวัดระดับเรดาร์หมุนรอบ "การส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - การสะท้อน - การรับ - การคำนวณสัญญาณ" อนุมานความสูงของระดับของเหลวผ่านปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและพื้นผิวของเหลว กระบวนการเฉพาะมีดังนี้:
ออสซิลเลเตอร์ความถี่สูงภายในอุปกรณ์สร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่เฉพาะ (โดยทั่วไป 6GHz, 26GHz) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้ถูกส่งไปยังพื้นผิวของเหลวภายในภาชนะในทิศทางผ่านเสาอากาศเรดาร์เฉพาะ (เช่น เสาอากาศแบบแตร, เสาอากาศแบบแท่ง)
- ประเด็นสำคัญทางเทคนิค: ความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการวัด ยิ่งความถี่สูง มุมลำแสงยิ่งแคบ (มุมลำแสงของ 26GHz โดยปกติ ≤3°) และการโฟกัสสัญญาณยิ่งแข็งแกร่ง ซึ่งเหมาะสำหรับภาชนะขนาดเล็กหรือสภาพการทำงานที่ซับซ้อน ความถี่ที่ต่ำกว่า (เช่น 6GHz) ส่งผลให้มุมลำแสงกว้างขึ้น (ประมาณ 15°) ซึ่งเหมาะสำหรับการวัดระยะไกลของถังเก็บขนาดใหญ่และมีความสามารถในการเจาะฝุ่นและไอน้ำได้ดีกว่า
เมื่อลำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสัมผัสกับพื้นผิวของเหลว เนื่องจากความแตกต่างอย่างมากในค่าคงที่ไดอิเล็กทริกระหว่างของเหลวและอากาศ (ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของของเหลวโดยทั่วไป ≥1.8 สูงกว่าอากาศมาก) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนใหญ่จะสะท้อนโดยพื้นผิวของเหลวเพื่อสร้าง "สัญญาณเสียงสะท้อนที่มีประสิทธิภาพ" คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยจะเจาะพื้นผิวของเหลวหรือถูกดูดซึมโดยตัวกลาง ซึ่งมีผลกระทบเล็กน้อยต่อผลการวัด
- สมมติฐานการปรับตัว: ตราบใดที่ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของของเหลวตรงตาม ≥1.8 ก็สามารถสร้างเสียงสะท้อนที่เสถียรได้ หากค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวกลางต่ำมาก (เช่น น้ำมันเบาบาง ก๊าซธรรมชาติเหลว) สามารถใช้ตัวนำคลื่นเพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์การสะท้อนและรับประกันความแข็งแรงของสัญญาณเสียงสะท้อน
สัญญาณเสียงสะท้อนที่สะท้อนกลับตามเส้นทางเดิมและถูกรับโดยเสาอากาศเรดาร์ โมดูลประมวลผลสัญญาณ (ติดตั้งชิป MCU และ DSP) ภายในอุปกรณ์ทำการกรอง การขยาย และการประมวลผลลดเสียงรบกวนบนสัญญาณเสียงสะท้อน กำจัดสัญญาณรบกวน เช่น การสะท้อนของผนังภาชนะ ฝุ่นในสิ่งแวดล้อม และการสั่นสะเทือนของอุปกรณ์ และรักษาสัญญาณเสียงสะท้อนที่มีประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวของเหลวเท่านั้น โดยให้พื้นฐานข้อมูลที่แม่นยำสำหรับการคำนวณในภายหลัง
โดยการคำนวณ "ความแตกต่างของเวลา (Δt) ระหว่างเวลาในการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและเวลาในการรับเสียงสะท้อน" และรวมกับความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในอากาศ (ประมาณ 3×10⁸m/s ภายใต้สภาวะมาตรฐาน ซึ่งสามารถปรับเทียบได้แบบเรียลไทม์ตามอุณหภูมิและความดันแวดล้อม) โมดูลประมวลผลสัญญาณอนุมานความสูงของระดับของเหลวผ่านสูตร:
ความสูงของระดับของเหลว (H) = ความสูงของภาชนะทั้งหมด (H_total) - ระยะทางจากเสาอากาศเรดาร์ถึงพื้นผิวของเหลว (d)
ในบรรดา d = (ความเร็วในการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า × Δt) / 2 (หารด้วย 2 เพราะคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต้องเดินทางไปกลับระหว่างเสาอากาศและพื้นผิวของเหลว)
- เทคโนโลยีพิเศษ: อุปกรณ์ระดับไฮเอนด์บางตัวใช้เทคโนโลยีคลื่นต่อเนื่องแบบปรับความถี่ (FMCW) โดยการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่เปลี่ยนแปลงเชิงเส้น พวกเขาคำนวณความแตกต่างของความถี่ระหว่างคลื่นที่ส่งและเสียงสะท้อน และอนุมานระยะทางโดยอ้อม ซึ่งเหมาะสำหรับสถานการณ์การวัดระดับของเหลวที่มีความแม่นยำสูง (ข้อผิดพลาด ≤ ±0.05%) และระยะไกล (ช่วงการวัดสูงสุด 70 ม.)
หลังจากคำนวณเสร็จสิ้น อุปกรณ์จะแปลงสัญญาณความสูงของระดับของเหลวเป็นสัญญาณมาตรฐานอุตสาหกรรม เช่น 4-20mA, RS485 หรือโปรโตคอล HART และส่งไปยัง PLC, ระบบควบคุม DCS หรือเครื่องมือแสดงผล เพื่อให้ตระหนักถึงการตรวจสอบระดับของเหลวแบบเรียลไทม์ การเตือนเกินขีดจำกัด หรือการควบคุมการปล่อย/จ่ายน้ำอัตโนมัติ
จากหลักการทำงานข้างต้น เครื่องส่งสัญญาณวัดระดับเรดาร์มีข้อได้เปรียบทางเทคนิคหลักสามประการ ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของสถานการณ์ทางอุตสาหกรรมได้อย่างแม่นยำ:
เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องสัมผัสกับของเหลวโดยตรง จึงไม่มีการเสียดสีทางกายภาพระหว่างอุปกรณ์และตัวกลาง เสาอากาศทำจากวัสดุป้องกันการกัดกร่อน (เช่น Hastelloy, เคลือบ PTFE) และติดตั้งการออกแบบซีลระดับ IP67/IP68 สามารถทนต่อแรงดันสูงสุด 60MPa และช่วงอุณหภูมิ -60℃ ถึง 400℃ และเหมาะสำหรับสภาพการทำงานของการกัดกร่อนที่รุนแรง อุณหภูมิสูง และความดันสูง อายุการใช้งานของอุปกรณ์ขยายเป็น 5-8 ปี (อายุการใช้งานของอุปกรณ์สัมผัสแบบดั้งเดิมโดยทั่วไปน้อยกว่า 3 ปี)
การแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้รับผลกระทบจากความหนาแน่นของตัวกลาง ความหนืด หรือสี และสามารถเจาะฝุ่น ไอน้ำ และหมอกได้ แม้ในภาชนะที่ซับซ้อนที่มีเครื่องกวนและแผ่นกั้น ผ่านการออกแบบลำแสงแคบหรืออัลกอริธึมการติดตามเสียงสะท้อน เสียงสะท้อนพื้นผิวของเหลวยังคงสามารถระบุได้อย่างแม่นยำ และความเสถียรในการวัดไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม
ผ่านการปรับปรุงให้เหมาะสม เช่น การออกแบบสัญญาณความถี่สูง โมดูลชดเชยอุณหภูมิและความดัน และเทคโนโลยี FMCW ข้อผิดพลาดในการวัดของอุปกรณ์สามารถควบคุมได้ภายใน ±0.1% และช่วงการวัดครอบคลุม 0.1m-70m สามารถปรับให้เข้ากับการวัดระดับ/ระดับวัสดุของของเหลวและอนุภาคของแข็งบางชนิด (เช่น อนุภาคพลาสติก ผงถ่านหิน) ตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมหลายประเภท เช่น ปิโตรเคมี การบำบัดน้ำ อาหารและเภสัชกรรม และการจัดเก็บพลังงาน
ทั้งสองเป็นวิธีการวัดแบบไม่สัมผัส แต่เทคโนโลยีหลักของพวกเขานั้นแตกต่างกัน: เครื่องส่งสัญญาณวัดระดับเรดาร์ใช้การสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ได้รับผลกระทบจากฝุ่น ไอน้ำ และอุณหภูมิ โดยมีช่วงการวัดที่กว้าง (0.1m-70m) และเหมาะสำหรับสภาพการทำงานที่ซับซ้อน เครื่องวัดระดับอัลตราโซนิกใช้การสะท้อนคลื่นเสียง คลื่นเสียงถูกลดทอนได้ง่ายจากฝุ่นและอุณหภูมิ โดยมีช่วงการวัดที่แคบ (0.2m-10m) และเหมาะสำหรับสถานการณ์การวัดของเหลวที่สะอาดและปราศจากการรบกวนเท่านั้น
จำเป็นต้องทำการปรับปรุงให้เหมาะสมจากมุมมองของการปรับตัวของหลักการทำงาน: เลือกความถี่ที่ตรงกับสภาพการทำงาน (26GHz สำหรับสภาพการทำงานที่ซับซ้อน) ปรับเทียบความเร็วในการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (การชดเชยแบบเรียลไทม์ตามอุณหภูมิและความดันแวดล้อม) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของพื้นผิวของเหลวตรงตามข้อกำหนด (ใช้ตัวนำคลื่นสำหรับตัวกลางที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำ) และทำความสะอาดเสาอากาศเป็นประจำเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนจากการสะสมของวัสดุ เพื่อรักษาการวัดที่มีความแม่นยำสูง
จากหลักการทำงาน พวกเขาสามารถปรับให้เข้ากับสภาพการทำงานพิเศษ เช่น อุณหภูมิสูง (≤400℃) ความดันสูง (≤60MPa) การกัดกร่อนที่รุนแรง (ตัวกลางกรด-เบส) ฝุ่นสูง (เช่น ไซโลซีเมนต์ ถังผงถ่านหิน) และการเกิดฝ้าได้ง่าย (เช่น ถังหมักเครื่องดื่ม) นอกจากนี้ พวกเขาไม่ต้องการการบำรุงรักษาบ่อยครั้งและเป็นอุปกรณ์วัดระดับของเหลวที่ต้องการในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง
หลักการทำงานของเครื่องส่งสัญญาณวัดระดับเรดาร์เน้นที่ "ปฏิสัมพันธ์ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า" ผ่านการส่ง การสะท้อน การรับ และการคำนวณที่แม่นยำ ทำให้ตระหนักถึงการวัดระดับของเหลวแบบไม่สัมผัส ความแม่นยำสูง และปรับตัวได้สูง ข้อได้เปรียบทางเทคนิคมาจากความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับความต้องการของสถานการณ์ทางอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นความสามารถในการป้องกันการรบกวนในสภาพการทำงานที่รุนแรง หรือความสามารถในการปรับตัวในการวัดที่หลากหลาย ทั้งสองอย่างนี้ขับเคลื่อนด้วยการปรับปรุงให้เหมาะสมและการทำซ้ำของหลักการทำงาน ด้วยการอัปเกรดของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เครื่องส่งสัญญาณวัดระดับเรดาร์ที่ใช้หลักการทำงานขั้นสูงจะยังคงเป็นอุปกรณ์หลักสำหรับการวัดระดับของเหลวในอุตสาหกรรมต่างๆ ส่งเสริมการวัดทางอุตสาหกรรมไปสู่ทิศทาง "แม่นยำยิ่งขึ้น เสถียรยิ่งขึ้น และบำรุงรักษาน้อยลง"
ข้อมูลติดต่อ
