Почему пыль мешает радарному измерению уровня

Пыль влияет не только на поверхность антенны

В условиях хранения цемента, угольной пыли, муки, минерального порошка, пластиковых гранул, металлургического сырья и других материалов радарные уровнемеры обычно работают в среде с постоянно взвешенной или периодически поднимающейся пылью. После излучения антенной радарная волна должна пройти через слой пыли, достичь поверхности материала и принять отражённый сигнал. При чрезмерной концентрации пыли энергия электромагнитной волны в определённой степени ослабляется, особенно в условиях большого диапазона измерения, крупного диаметра силоса или низкой диэлектрической проницаемости материала; при этом реальный сигнал от поверхности материала может существенно ослабнуть.

Частицы пыли непрерывно движутся в процессе загрузки, образуя рассеянные и изменяющиеся сигналы помех. Если прибор не способен точно различать сигналы от стационарных конструкций, рассеяния пыли и фактической поверхности материала, возможны колебания показаний уровня, кратковременные ложные сигналы высокого уровня или наличие показаний при пустом бункере. Для непрерывных производственных линий колебания измерения более чем на 3–5% диапазона могут повлиять на решения по загрузке, выгрузке и блокировочному управлению.

Кроме того, пыль может оседать на поверхности защитного кожуха антенны, рупорной антенны или технологического уплотнения. По мере утолщения отложений снижаются как эффективность излучения, так и чувствительность приёма. При высокой влажности внутри бункера пыль соединяется с водяным паром и образует комки, что оказывает более выраженное влияние, чем сухая взвешенная пыль. Поэтому для противодействия пылевым помехам недостаточно регулировать только один параметр: необходимо комплексно учитывать частоту прибора, конструкцию антенны, место установки и технологический процесс на объекте.

Выбор подходящего радарного решения в соответствии с условиями эксплуатации

Высокочастотный радар лучше фокусируется на поверхности материала

Для бункеров с твёрдыми материалами и высоким уровнем запылённости обычно в первую очередь рассматривают радарные уровнемеры высокой частоты 80 ГГц. Высокочастотные радары имеют меньший угол раскрытия луча и при одинаковых условиях монтажа позволяют более концентрированно направлять энергию на поверхность материала, снижая помехи от стенок бункера, рёбер жёсткости, лестниц и внутренних конструкций. При уменьшении угла раскрытия луча с 10° до 3–4° обычно улучшается адаптация к нецентральным насыпям материала и препятствиям внутри бункера.

Для условий с диапазоном измерения до 10 метров, средней запылённостью и простой конструкцией бункера радар 26 ГГц также может удовлетворять базовым требованиям к измерению. Однако при частой загрузке, сильном ударе падающего материала, длительном присутствии пылевого облака или высоких требованиях к точности контроля уровня выбор высокочастотного радара более благоприятен для получения стабильного сигнала. При фактическом выборе нельзя ориентироваться только на максимальный диапазон измерения; также следует учитывать минимальную диэлектрическую проницаемость, расстояние мёртвой зоны, материал антенны и возможности обработки сигналов.

Компания Xi'an Shenghongchuang Instruments Co., Ltd. при применении датчиков и интеллектуальных приборов может подобрать решение с учётом диаметра бункера, угла конусной части, размера частиц материала, насыпной плотности и состояния запылённости на объекте. Для лёгких порошковых материалов с диэлектрической проницаемостью ниже 2.0 необходимо уделить особое внимание интенсивности отражённого сигнала; для гранулированных материалов с высокой диэлектрической проницаемостью следует больше учитывать мёртвую зону на близком расстоянии и локальные ошибочные измерения, вызванные чрезмерно сильным отражением от поверхности материала.

Место установки определяет основу помехоустойчивости

Избегайте потока падающего материала и источников отражений от конструкций

Радарный уровнемер не следует устанавливать непосредственно под выпускным отверстием. При высокоскоростном падении материала наиболее плотное пылевое облако обычно концентрируется именно в этой зоне, а сам поток материала создаёт сильный и быстро изменяющийся отражённый сигнал. Рекомендуется устанавливать прибор на определённом расстоянии от выпускного отверстия, чтобы луч радара обходил основной поток материала и одновременно охватывал нормальную зону поверхности материала.

При установке также следует избегать направления луча непосредственно на стенку бункера, сварные швы, опорные балки, направляющие пластины и площадки обслуживания. Для конических бункеров или бункеров с заметно наклонной поверхностью материала антенну следует по возможности направлять в область с более стабильным накоплением материала, а не постоянно в геометрический центр. Если диапазон изменения уровня составляет от 0 до 15 метров, необходимо убедиться, что высота установки, длина удлинения антенны и мёртвая зона прибора не занимают полезный диапазон измерения.

Не менее важна обработка фланцевого патрубка. Внутренняя стенка патрубка должна быть ровной, без заметных сварочных брызг, а антенна не должна слишком глубоко заходить в длинный патрубок, иначе он будет создавать дополнительные отражения. Как правило, высоту патрубка следует ограничивать диапазоном, допустимым для эффективного излучения антенны; для более длинных монтажных труб следует выбрать удлинённую антенну, волноводную конструкцию либо поручить техническим специалистам подтвердить схему компенсации монтажа.

Данные объекта, которые необходимо проверить перед установкой

При обследовании объекта необходимо как минимум зафиксировать общую высоту и диаметр бункера, положение выпускного отверстия, максимальную и минимальную точки уровня, размеры основных препятствий и способ транспортировки материала. Для процессов с импульсным пылеудалением или пневмотранспортом также необходимо знать продолжительность пылеобразования и частоту продувки сжатым воздухом; эта информация напрямую связана с настройкой времени фильтрации сигнала и задержки срабатывания аварийной сигнализации.

Если бункер оснащён несколькими загрузочными отверстиями, рекомендуется определять основное загрузочное отверстие по фактической частоте использования. Выбор точки установки только по чертежам может привести к игнорированию изменений направления потока материала после последующих модификаций. Для бункеров с мешалками, вращающимися распределителями материала или сигнализаторами уровня их следует включить в карту помех отражённого сигнала, чтобы прибор не распознавал движущиеся компоненты как поверхность материала.

Во взрывоопасных зонах с пылью также необходимо одновременно подтвердить тип взрывозащиты прибора, способ подключения, требования к заземлению и меры герметизации кабеля. Степень взрывозащиты, номинальное технологическое давление и степень защиты корпуса прибора должны соответствовать нормам объекта; нельзя заменять инженерные требования для опасных зон обычными требованиями к монтажу.

Подавление ложных отражённых сигналов настройкой параметров

Создание профиля пустого бункера и подавление постоянных помех

После установки прибора следует по возможности выполнить сбор кривой отражённого сигнала при пустом бункере или низком уровне материала. Фиксируя постоянные отражения от стенок бункера, кронштейнов, патрубков и внутренних конструкций, можно создать в приборе зону подавления ложных отражённых сигналов. Благодаря этому при повышении или понижении фактического уровня система сможет точнее отслеживать действительный сигнал, изменяющийся вместе с поверхностью материала.

В условиях запылённости не следует устанавливать слишком короткое время демпфирования. Для складских бункеров со стабильным изменением уровня время сглаживания выходного сигнала можно установить в пределах от 5 до 20 секунд, чтобы уменьшить скачки показаний, вызванные мгновенным рассеянием пыли; для сценариев управления быстрой загрузкой необходимо найти баланс между скоростью реакции и стабильностью, чтобы чрезмерно длительная фильтрация не приводила к задержке аварийного сигнала высокого-высокого уровня.

Диапазон измерения, расстояние пустого резервуара, расстояние полного резервуара и тип среды должны быть введены на основе фактических размеров. При недостаточном запасе расстояния полного резервуара уровень материала при приближении к антенне может попасть в мёртвую зону измерения; при слишком большом заданном диапазоне прибор может принимать больше нерелевантных отражений. Рациональное ограничение полезного окна измерения зачастую эффективнее улучшает стабильность в запылённой среде, чем простое увеличение усиления сигнала.

Не следует пренебрегать обслуживанием и управлением на объекте

Заблаговременное выявление проблем по тенденциям отклонений

Хотя радарные приборы относятся к бесконтактному измерительному оборудованию, это не означает, что они не требуют обслуживания. В зависимости от концентрации пыли и производственного ритма следует установить периодичность осмотров, например проверять защитный кожух антенны, фланцевое уплотнение и клеммную коробку один раз в 1–3 месяца. Для материалов, склонных к комкованию, необходимо особо проверять наличие налипания материала, отложений или влажного налёта на поверхности антенны.

При частых колебаниях значения уровня, постоянном снижении интенсивности отражённого сигнала, смещении нулевой точки пустого бункера или заметном увеличении числа срабатываний сигнализации сначала следует проверить место установки, чистоту антенны и изменения технологического процесса, а уже затем корректировать программные параметры. Неоднократное прямое изменение усиления, порога или параметров фильтрации может временно скрыть проблему, но не устранит основные помехи, вызванные ударом при загрузке, накоплением пыли или изменением внутренних конструкций.

Для бункеров, эксплуатируемых длительное время, рекомендуется сохранять кривые отражённого сигнала, перечни параметров и фотографии объекта, сделанные при первоначальной настройке, в качестве основы для последующего сравнения при обслуживании. При изменении рецептуры материала, производительности транспортировки, системы пылеудаления или внутренних конструкций бункера следует повторно проверить результаты измерений. Только сочетание четырёх этапов — «точный выбор модели, нормативный монтаж, согласованная настройка параметров и регулярное обслуживание» — позволяет радарному уровнемеру непрерывно предоставлять надёжные данные в среде с высокой запылённостью.

Получение решения по измерению для конкретного бункера

Диэлектрические характеристики, степень пылеобразования и форма насыпи различных порошкообразных, гранулированных и смешанных материалов значительно различаются, поэтому одна модель не может охватить все применения. В особенности для условий высокого давления в бункере, сильной вибрации, низкой диэлектрической проницаемости или частой загрузки и выгрузки перед закупкой необходимо чётко определить технические параметры и условия монтажа.

Компания Xi'an Shenghongchuang Instruments Co., Ltd. может помочь пользователям систематизировать условия измерений на объекте с учётом задач применения датчиков давления, перемещения, расхода, веса, температуры и влажности, а также интеллектуальных цифровых индикаторных приборов управления. Для проектов радарных уровнемеров предоставление размеров бункера, наименования материала, температуры и давления, сведений о пыли и фотографий монтажного патрубка помогает быстрее выполнить оценку выбора модели.

Если необходимо повысить стабильность существующего контроля уровня, можно одновременно предоставить текущую модель прибора, проявления неисправности, снимки экрана отражённого сигнала и технологическую схему. Специалисты проведут поэлементный анализ пылевых помех, угла установки и настроек параметров, чтобы сформировать рекомендации по улучшению, более соответствующие условиям объекта.