Ako kalibrovať radarový snímač hladiny: krok{0}}-krok za krokom pre presné monitorovanie nádrže - Blog

Radarové snímače hladiny majú povesť nástrojov „nastav a zabudni“ a väčšinou si túto povesť získajú -, sú menej citlivé na teplotu, výpary a prach ako ultrazvukové snímače, a keď sú správne nakonfigurované, majú tendenciu dlho si zachovať presnosť. Háčik je v tom slove „správne“. Kalibrácia radaru má jednu premennú navyše, ktorú ultrazvuk nemá: dielektrickú konštantu čohokoľvek, čo meriate. Preskočte tento krok alebo ho ponechajte na predvolenej hodnote a môžete skončiť so snímačom, ktorý vyzerá na papieri dokonale kalibrovaný, ale v teréne číta nekonzistentne.

Táto príručka obsahuje informácie o tom, čo sa vlastne týka kalibrácieradarový hladinový vysielač- nastavenie nuly a rozsahu, konfigurácia dielektrickej konštanty, mapovanie falošných{1}}ech ozveny a chyby, ktoré generujú najviac servisných volaní, keď už je jednotka v teréne.

Ako v skutočnosti funguje meranie úrovne radaru

Radarový snímač hladiny vyšle mikrovlnný impulz smerom k povrchu meraného materiálu a zmeria, ako dlho trvá, kým sa odraz vráti. Vzdialenosť sa vypočíta z tohto času jazdy a hladina sa odvodí odpočítaním tejto vzdialenosti od známej výšky nádrže. Keďže signál je skôr elektromagnetický ako akustický, radar nie je zoslabený výparmi, prachom alebo teplotnými gradientmi tak, ako je to u ultrazvuku -, čo je presne dôvod, prečo je to často cesta inovácie, keď má ultrazvukový senzor problémy.

Na čo je radar citlivý, je odrazivosť povrchu cieľa, ktorá sa riadi jeho dielektrickou konštantou -, ktorá je mierou toho, ako silne materiál odráža elektromagnetickú vlnu. Voda silne odráža a je ľahko merateľná. Ľahké uhľovodíky, skvapalnené plyny a niektoré kvapaliny s nízkou -vodivosťou sa slabo odrážajú a vysielač o tom musí vedieť vopred, aby mohol slabú ozvenu správne interpretovať namiesto toho, aby ju ignoroval ako šum.

80GHz Radar Level Sensor For Basic Applications

Zero and Span: Rovnaký základ, jedna pridaná premenná

Ako každý prístroj na meranie hladiny, aj kalibrácia radaru začína dvoma referenčnými bodmi.

Nula (prázdna vzdialenosť)

Toto je vzdialenosť od prednej strany antény k najnižšiemu bodu, ktorý musí senzor merať, zvyčajne ku dnu nádrže alebo definovanej nízkej{0}}úrovni. Zvyčajne je to prevzaté priamo z mechanického výkresu nádoby a nie merané od ruky, pretože presnosť tu určuje základ pre celý rozsah.

Rozpätie (plná vzdialenosť)

Rozpätie definuje najkratšiu vzdialenosť, ktorú má senzor odčítať, blízko vrcholu meracieho rozsahu. Na nádržiach s nerovnou alebo šikmou strechou - klasickým príkladom sú nádrže s plávajúcou strechou -, nie je to vždy jednoduché ploché meranie a môže si vyžadovať horizontálnu odrazovú dosku namontovanú tam, kde má anténa čistú,{3}}voľnú cestu.

Tam, kde sa radar líši od ultrazvuku, je tretí vstup: dielektrická konštanta. Nastavte nulu a rozpätie správne, ale ponechajte nastavenie dielektrika nesprávne a vysielač aj tak vypočíta vzdialenosť správne - ozvena bude len slabšia alebo hlučnejšia, než sa očakávalo, čo sa prejavuje skôr ako nestálosť alebo prerušované hodnoty ako plochý posun.

Postup kalibrácie krok-za{1}}krokom

1. Potvrďte geometriu inštalácie a zarovnanie antény

Overte skutočnú prázdnu a plnú vzdialenosť od nákresu nádoby a skontrolujte, či je anténa namontovaná kolmo na meraný povrch. Nesprávne nastavená anténa odráža impulz skôr od prijímača ako späť k nemu, čím sa signál oslabuje spôsobom, ktorý vyzerá ako problém s kalibráciou, ale v skutočnosti je mechanický.

V prípade nádrží s -plochou strechou skontrolujte, či je potrebná odrazová doska. Minimálny horizontálny kovový terč s rozmermi 50 mm × 50 mm, namontovaný s jasnou viditeľnosťou a ďaleko od štrukturálnych prekážok, dáva radaru konzistentný, predvídateľný bod odrazu namiesto šikmého povrchu strechy, ktorý rozptyľuje signál.

2. Zvoľte suchú kalibráciu alebo mokrú kalibráciu

Suchá kalibráciapoužíva referenčný cieľ - obyčajne plochú kovovú platňu s veľkosťou aspoň meter štvorcový - umiestnenú v známych prázdnych a plných vzdialenostiach, pričom anténa je na ňu v celom rozsahu kolmá. Nulové a úplné-hodnoty stupnice sa zadávajú alebo potvrdzujú na základe tohto cieľa bez toho, aby bolo potrebné naplniť skutočnú nádobu. Toto je štandardný prístup pre väčšinu všeobecných procesných aplikácií.

Mokrá kalibrácianaplní nádobu na známe hladiny a upraví výstup vysielača tak, aby zodpovedal týmto overeným hladinám. Je to potrebné, keď má plavidlo vnútorné prekážky, ktoré generujú falošné ozveny, ktoré je potrebné zmapovať, alebo v prípade, keď sa v úschove-prenáša a regulačné aplikácie, kde kalibrácia musí odrážať skutočné-správanie plavidla a nie idealizovanú geometriu.

3. Nastavte nulové body a body rozpätia

Zadajte potvrdené prázdne a plné vzdialenosti prostredníctvom miestneho displeja, komunikátora HART alebo konfiguračného softvéru v závislosti od modelu prevodníka. Väčšina moderných jednotiek podporuje priame číselné zadávanie, ako aj funkciu automatického{1}}nastavenia, ktorá zachytáva aktuálnu vzdialenosť ozveny ako referenčný bod.

4. Zadajte dielektrickú konštantu pre procesné médium

Toto je krok, ktorý sa najčastejšie vynecháva, zvyčajne preto, že vysielač sa dodáva s predvolenou hodnotou nastavenou na vodu a nikto ju nezmení. Ak vaše procesné médium nie je voda - rozpúšťadlo, ľahký uhľovodík, skvapalnený plyn -, vyhľadajte jej dielektrickú konštantu v referenčnej tabuľke výrobcu a explicitne ju zadajte. Toto jediné nastavenie má veľký vplyv na stabilitu merania pri slabo reflexných médiách.

5. Vykonajte falošné{1}}mapovanie ozveny

Tento krok sa tiež nazýva prázdna krivka alebo krivka ozveny. Tento krok zaznamenáva odrazy od pevných vnútorných štruktúr - miešadiel, trysiek, rebríkov, vykurovacích hadov -, keď je nádoba prázdna alebo na známej referenčnej úrovni. Softvér vysielača používa túto mapu na odfiltrovanie fixných odrazov počas bežnej prevádzky, takže si nepomýli stacionárnu prekážku so skutočným povrchom.

6. Overenie na základe nezávislej referencie vo viacerých bodoch

Skontrolujte hodnotu vysielača pomocou ponornej pásky, priezoru alebo druhého kalibrovaného prístroja na dvoch alebo troch stredných úrovniach, nielen pri prázdnom a plnom. Na radare na tom záleží ešte viac ako na ultrazvuku, keď je strecha nádrže naklonená alebo má plavidlo významnú vnútornú štruktúru, pretože chyby spôsobené nesprávnym nastavením reflektora alebo neúplným mapovaním ozveny majú tendenciu zobrazovať sa v strede-rozsahu a nie v koncových bodoch.

7. Zdokumentujte kalibráciu

Zaznamenajte si dátum, referenčnú metódu, použitú hodnotu dielektrickej konštanty a hodnoty pred/po. Konkrétne na radare sa oplatí zaznamenať aj to, či sa vykonalo nesprávne -mapovanie ozveny a kedy - tento záznam ušetrí značný čas na riešenie problémov, ak sa hodnoty po neskoršej zmene procesu stanú nestabilnými.

Príklad poľa: Keď nula a rozsah nikdy neboli problémom

Zariadenie s radarovým vysielačom na nádobe na skladovanie rozpúšťadla začalo pozorovať prerušované, hlučné údaje niekoľko týždňov po uvedení do prevádzky -, nie stabilný posun, ale hodnoty, ktoré by skákali okolo dolnej hranice rozsahu a občas úplne stratili signál. Prvou odpoveďou údržbárskeho tímu bolo opätovné-overenie nuly a rozsahu, pričom obe boli skontrolované presne podľa konfigurácie.

Skutočnou príčinou bolo nastavenie dielektrickej konštanty, ktorá bola ponechaná na továrenskom predvolenom nastavení zodpovedajúcom vode. Rozpúšťadlo v nádobe malo podstatne nižšiu dielektrickú hodnotu a vytváralo oveľa slabšiu ozvenu, než sa očakávalo od -nastavení spracovania signálu vysielača, - dostatočne silné na to, aby sa väčšinu času detegovalo, ale ľahko sa stratí vždy, keď na povrchu dôjde k akejkoľvek poruche. Zadanie správnej dielektrickej hodnoty pre skutočné médium, prevzaté z referenčnej tabuľky výrobcu, vyriešilo nestabilitu bez akejkoľvek zmeny nastavení nuly alebo rozsahu.

Širší bod: na radarových vysielačoch je nestabilný alebo zašumený signál často problémom so strednou -odrazivosťou a nie problémom s kalibráciou v užšom slova zmysle. Kontrola nastavenia dielektrika pred opätovnou{2}}kalibráciou nuly a rozsahu môže ušetriť opakovanú návštevu lokality.

Čo to znamená, keď si vyberáte senzor

Niekoľko praktických úvah, ktoré sa oplatí zvážiť pred kúpou, pretože priamo ovplyvňujú, koľko úsilia pri kalibrácii bude inštalácia radaru potrebovať:

Palubné knižnice dielektrických konštánts predinštalovanými bežnými procesnými médiami-znížte riziko problému predvolenej{1}}hodnoty opísaného vyššie, najmä pri inštaláciách, ktoré v priebehu času spracovávajú viacero rôznych produktov.
Automatické mapovanie falošných{0}}echoFunkcie, namiesto plne manuálneho zadávania ozveny-krivky, zmysluplne skracujú čas uvedenia do prevádzky na nádobách so zložitými vnútornými časťami.
Antény s vyššou{0}}frekvenciou (80 GHz vs. s nižšou-frekvenčnou možnosťou)produkovať užší uhol lúča, čo v prvom rade znižuje možnosť zachytávania odrazov od vnútorných štruktúr - užitočné na menších alebo viac preplnených plavidlách.
HART alebo digitálny výstup so vzdialenou konfiguráciouumožňuje overenie a nastavenie z riadiacej miestnosti, čo je dôležité pri nádržiach, ktoré sú fyzicky ťažko prístupné alebo nebezpečné. Ak vaša aplikácia zahŕňa silné, ľahko odrážajúce médium a jednoduchšiu geometriu cievy, anultrazvukový hladinomermôže dosiahnuť porovnateľnú presnosť pri nižších nákladoch na inštaláciu.

Bežné chyby pri kalibrácii radarov, ktorým sa oplatí vyhnúť

Ponechanie predvolenej dielektrickej konštanty.Ako ukazuje príklad v teréne, toto je jediná najčastejšia príčina nestabilných hodnôt na ne-vodnom médiu.

Preskočenie mapovania falošnej{0}}ozveny na cievach s vnútornou štruktúrou.Bez nej vysielač nedokáže rozlíšiť pevnú prekážku od skutočného čítania povrchu.

Montáž antény-v kolmej polohe.Dokonca aj malý uhol znižuje intenzitu vráteného signálu a môže vyzerať rovnako ako problém so slabým-dielektrikom.

Za predpokladu, že plochá strecha neexistuje.Najmä vonkajšie nádrže s plávajúcou strechou často potrebujú vodorovnú odraznú dosku -, pričom jej vynechanie vytvára nekonzistentné údaje, ktoré nemajú nič spoločné s nulou alebo rozpätím.

Nepremapovať{0}}falošné ozveny po interných úpravách.Pridanie alebo premiestnenie zariadenia do nádoby - nového miešadla, premiestnenej trysky - zmení pevnú-vzorku ozveny, voči ktorej bol vysielač pôvodne namapovaný.

Ako často by ste mali prekalibrovať?

Radarové vysielače majú vo všeobecnosti kalibráciu dlhšie ako ultrazvukové senzory, pretože nie sú vystavené rovnakému teplotnému-posunu. Napriek tomu platí niekoľko všeobecných pokynov:

Aplikácie na prenos správy alebo regulačné{0}}hlásenie: štvrťročne overovať podľa vysledovateľných referencií.
Štandardné monitorovanie procesu v stabilných podmienkach: zvyčajne postačuje každoročná kontrola.
Po akejkoľvek zmene procesného média: znova-overte nastavenie dielektrickej konštanty, aj keď sa nula a rozsah nezmenili - toto je kontrola, ktorá sa najčastejšie vynecháva po zmene produktu.

Ako vždy, odporúčania výrobcu majú prednosť, keď sú konzervatívnejšie, najmä pokiaľ ide o aplikácie s bezpečnostnými{0}}inštrumentami.

Záverečné myšlienky

Keď sú radarové snímače hladiny odpúšťajúce nástroje, keď sú správne nakonfigurované, a to je presne dôvod, prečo má nesprávna konfigurácia tendenciu zostať na chvíľu nepovšimnutá - snímač úplne nezlyhá, iba produkuje údaje, ktoré sú hlučnejšie alebo menej stabilné, než by mali byť. Správne nastavenie nuly a rozpätia je stávky v tabuľke; správne nastavenie dielektrickej konštanty a nesprávneho{2}}mapovania ozveny je to, čo v skutočnosti určuje, či radarová inštalácia bude z dlhodobého hľadiska fungovať tak, ako má.

Referencie

Všeobecné pokyny spoločnosti Instrument Society of America (ISA) - o prístrojoch na meranie úrovne a postupoch kalibrácie.
Americký ropný inštitút,Manuál štandardov merania ropy, kapitola 3 - princípy merania a merania hladiny v nádrži.
Referenčné údaje National Institute of Standards and Technology (NIST) - o šírení elektromagnetických vĺn a materiálových dielektrických vlastnostiach.
Technická dokumentácia výrobcu pre radarové hladinové vysielače - referenčné tabuľky dielektrických konštánt a nesprávne{1}}mapovacie postupy.

Pracujete cez hlučné alebo nestabilné čítanie radarovej hladiny alebo špecifikujete nový vysielač pre náročné médium? Pošlite nám podrobnosti o svojom plavidle a podmienky procesu -, pomôžeme vám vypracovať správnu konfiguráciu skôr, ako sa z toho stane opakovaný servisný hovor.