Nel campo della misurazione del livello nell'automazione industriale, i trasmettitori di livello radar sono diventati apparecchiature fondamentali in settori come petrolchimico, trattamento delle acque, alimentare e farmaceutico, grazie ai loro vantaggi di non contatto, alta precisione e forte adattabilità. Il loro principio di funzionamento (principio di funzionamento del trasmettitore di livello radar) è la chiave per ottenere una misurazione accurata.
Un trasmettitore di livello radar è un dispositivo di misurazione del livello basato sulla tecnologia radar (onda elettromagnetica). Calcola la posizione della superficie del liquido trasmettendo e ricevendo onde elettromagnetiche, converte il segnale di altezza del livello del liquido in segnali elettrici standard industriali (come segnali di corrente 4-20mA, segnali digitali RS485) e realizza la trasmissione a lunga distanza, il monitoraggio in tempo reale e il controllo automatico dei dati del livello del liquido.
Rispetto alle tradizionali apparecchiature di misurazione del livello (come quelle a galleggiante, a ultrasuoni), i suoi vantaggi principali risiedono nell'essere insensibile a fattori ambientali come la densità del mezzo, la viscosità, la polvere e il vapore. Può essere adattato a condizioni di lavoro industriali difficili come alta temperatura, alta pressione e forte corrosione, e la sua precisione di misurazione rimane stabile per lungo tempo.
La logica di funzionamento di un trasmettitore di livello radar ruota attorno a "trasmissione di onde elettromagnetiche - riflessione - ricezione - calcolo del segnale". Deduce l'altezza del livello del liquido attraverso l'interazione tra le onde elettromagnetiche e la superficie del liquido. Il processo specifico è il seguente:
L'oscillatore ad alta frequenza all'interno del dispositivo genera onde elettromagnetiche di una frequenza specifica (comunemente 6 GHz, 26 GHz). Queste onde elettromagnetiche vengono trasmesse direzionalmente alla superficie del liquido all'interno del contenitore attraverso un'antenna radar dedicata (come un'antenna a tromba, un'antenna a stelo).
- Punto chiave tecnico: la frequenza delle onde elettromagnetiche influisce direttamente sulle prestazioni di misurazione. Più alta è la frequenza, più stretto è l'angolo del fascio (l'angolo del fascio di 26 GHz è solitamente ≤3°), e più forte è la focalizzazione del segnale, che è adatta a contenitori di piccolo calibro o condizioni di lavoro complesse. Le frequenze più basse (come 6 GHz) si traducono in un angolo del fascio più ampio (circa 15°), che è adatto per la misurazione su larga scala di serbatoi di stoccaggio di grosso calibro e ha una maggiore capacità di penetrare polvere e vapore.
Quando il fascio di onde elettromagnetiche tocca la superficie del liquido, a causa della significativa differenza nella costante dielettrica tra il liquido e l'aria (la costante dielettrica del liquido è generalmente ≥1,8, molto più alta di quella dell'aria), la maggior parte delle onde elettromagnetiche viene riflessa dalla superficie del liquido per formare un "segnale di eco efficace". Una piccola quantità di onde elettromagnetiche penetrerà nella superficie del liquido o verrà assorbita dal mezzo, il che ha un impatto trascurabile sul risultato della misurazione.
- Premessa di adattamento: fintanto che la costante dielettrica del liquido soddisfa ≥1,8, è possibile formare un'eco stabile. Se la costante dielettrica del mezzo è estremamente bassa (come alcuni oli leggeri, gas naturale liquefatto), è possibile utilizzare una guida d'onda per migliorare l'effetto di riflessione e garantire la forza del segnale di eco.
Il segnale di eco riflesso ritorna lungo il percorso originale e viene ricevuto dall'antenna radar. Il modulo di elaborazione del segnale (dotato di chip MCU e DSP) all'interno del dispositivo esegue l'elaborazione di filtraggio, amplificazione e riduzione del rumore sul segnale di eco, eliminando i segnali di interferenza come la riflessione della parete del contenitore, la polvere ambientale e le vibrazioni dell'apparecchiatura, e conservando solo l'eco efficace relativa alla superficie del liquido, fornendo una base di dati precisa per i calcoli successivi.
Calcolando la "differenza di tempo (Δt) tra il tempo di trasmissione delle onde elettromagnetiche e il tempo di ricezione degli echi", e combinando con la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nell'aria (circa 3×10⁸m/s in condizioni standard, che può essere calibrata in tempo reale in base alla temperatura e alla pressione ambiente), il modulo di elaborazione del segnale deduce l'altezza del livello del liquido tramite una formula:
Altezza del livello del liquido (H) = Altezza totale del contenitore (H_totale) - Distanza dall'antenna radar alla superficie del liquido (d)
Tra questi, d = (Velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche × Δt) / 2 (diviso per 2 perché l'onda elettromagnetica deve viaggiare avanti e indietro tra l'antenna e la superficie del liquido).
- Tecnologia speciale: alcuni dispositivi di fascia alta adottano la tecnologia a onda continua modulata in frequenza (FMCW). Trasmettendo onde elettromagnetiche con frequenze che cambiano linearmente, calcolano la differenza di frequenza tra l'onda trasmessa e l'eco e deducono indirettamente la distanza. Questo è adatto per scenari di misurazione del livello del liquido ad alta precisione (errore ≤ ±0,05%) e a lunga distanza (campo di misura fino a 70 m).
Una volta completato il calcolo, il dispositivo converte il segnale di altezza del livello del liquido in segnali standard industriali come 4-20mA, RS485 o protocollo HART e lo trasmette a sistemi di controllo PLC, DCS o strumenti di visualizzazione per realizzare il monitoraggio in tempo reale del livello del liquido, l'allarme di superamento del limite o il controllo automatico dello scarico/alimentazione dell'acqua.
Sulla base del principio di funzionamento di cui sopra, il trasmettitore di livello radar presenta tre vantaggi tecnici fondamentali, che possono soddisfare accuratamente le esigenze degli scenari industriali:
Poiché le onde elettromagnetiche non devono essere a diretto contatto con il liquido, non c'è attrito fisico tra il dispositivo e il mezzo. L'antenna è realizzata con materiali anticorrosione (come Hastelloy, rivestimento in PTFE) ed è dotata di un design di tenuta di livello IP67/IP68. Può resistere a una pressione massima di 60 MPa e a un intervallo di temperatura da -60℃ a 400℃ ed è adatto per condizioni di lavoro di forte corrosione, alta temperatura e alta pressione. La durata del dispositivo è estesa a 5-8 anni (la durata dei dispositivi a contatto tradizionali è solitamente inferiore a 3 anni).
La propagazione delle onde elettromagnetiche non è influenzata dalla densità, viscosità o colore del mezzo e può penetrare polvere, vapore e nebbia. Anche in contenitori complessi con agitatori e deflettori, attraverso un design a fascio stretto o algoritmi di tracciamento dell'eco, l'eco della superficie del liquido può ancora essere identificato con precisione e la stabilità della misurazione non è influenzata dai cambiamenti ambientali.
Attraverso ottimizzazioni come la progettazione di segnali ad alta frequenza, moduli di compensazione della temperatura e della pressione e tecnologia FMCW, l'errore di misurazione del dispositivo può essere controllato entro ±0,1% e il campo di misurazione copre 0,1 m-70 m. Può essere adattato alla misurazione del livello/livello del materiale di liquidi e alcune particelle solide (come granuli di plastica, polvere di carbone), soddisfacendo le esigenze di molteplici settori come petrolchimico, trattamento delle acque, alimentare e farmaceutico e stoccaggio di energia.
Entrambi sono metodi di misurazione senza contatto, ma le loro tecnologie fondamentali sono diverse: i trasmettitori di livello radar si basano sulla riflessione delle onde elettromagnetiche, non sono influenzati da polvere, vapore e temperatura, con un ampio campo di misurazione (0,1 m-70 m) e sono adatti a condizioni di lavoro complesse. I misuratori di livello a ultrasuoni si basano sulla riflessione delle onde sonore; le onde sonore vengono facilmente attenuate da polvere e temperatura, con un campo di misurazione ristretto (0,2 m-10 m) e sono adatti solo a scenari di misurazione di liquidi puliti e privi di interferenze.
È necessario apportare ottimizzazioni dal punto di vista dell'adattamento del principio di funzionamento: selezionare una frequenza corrispondente alle condizioni di lavoro (26 GHz per condizioni di lavoro complesse), calibrare la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche (compensazione in tempo reale in base alla temperatura e alla pressione ambiente), assicurarsi che la costante dielettrica della superficie del liquido soddisfi i requisiti (utilizzare una guida d'onda per mezzi a bassa costante dielettrica) e pulire regolarmente l'antenna per evitare interferenze dall'accumulo di materiale, in modo da mantenere una misurazione ad alta precisione.
In base al loro principio di funzionamento, possono essere adattati a condizioni di lavoro speciali come alta temperatura (≤400℃), alta pressione (≤60 MPa), forte corrosione (mezzi acido-base), alta polvere (come silos di cemento, serbatoi di polvere di carbone) e facile appannamento (come serbatoi di fermentazione di bevande). Inoltre, non richiedono una manutenzione frequente e sono le apparecchiature di misurazione del livello del liquido preferite in ambienti industriali difficili.
Il principio di funzionamento del trasmettitore di livello radar si concentra sull'"interazione delle onde elettromagnetiche". Attraverso la trasmissione, la riflessione, la ricezione e il calcolo precisi, realizza la misurazione del livello del liquido senza contatto, ad alta precisione e altamente adattabile. I suoi vantaggi tecnici derivano dall'adattamento approfondito alle esigenze degli scenari industriali. Che si tratti della capacità anti-interferenza in condizioni di lavoro difficili o dell'adattabilità alla misurazione su vasta scala, entrambi sono guidati dall'ottimizzazione e dall'iterazione del principio di funzionamento. Con l'aggiornamento dell'automazione industriale, i trasmettitori di livello radar basati su principi di funzionamento avanzati continueranno a essere le apparecchiature fondamentali per la misurazione del livello del liquido in vari settori, promuovendo la misurazione industriale verso una direzione "più precisa, più stabile e con meno manutenzione".
Informazioni di contatto
Telefono: 15901050329
