Πώς να βαθμονομήσετε έναν αισθητήρα στάθμης ραντάρ: Ένας-βήμα-Οδηγός βήμα προς βήμα για την ακριβή παρακολούθηση δεξαμενής - Ιστολόγιο

Οι αισθητήρες στάθμης ραντάρ έχουν τη φήμη ότι είναι όργανα "ρυθμίστε το και ξεχάστε το" και ως επί το πλείστον κερδίζεται η φήμη - είναι λιγότερο ευαίσθητοι στη θερμοκρασία, τους ατμούς και τη σκόνη από τους αισθητήρες υπερήχων και όταν ρυθμιστούν σωστά, τείνουν να διατηρούν την ακρίβειά τους για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το πιάσιμο είναι αυτή η λέξη "σωστά". Η βαθμονόμηση ραντάρ έχει μια επιπλέον μεταβλητή που δεν έχει ο υπερήχος: τη διηλεκτρική σταθερά ό,τι κι αν μετράτε. Παραλείψτε αυτό το βήμα ή αφήστε το σε μια προεπιλεγμένη τιμή και μπορείτε να καταλήξετε με έναν αισθητήρα που φαίνεται τέλεια βαθμονομημένος στο χαρτί, αλλά διαβάζεται με ασυνέπεια στο πεδίο.

Αυτός ο οδηγός καλύπτει τι πραγματικά αφορά τη βαθμονόμησηέναν πομπό επιπέδου ραντάρ- ρύθμιση μηδενικού και εύρους, διαμόρφωση διηλεκτρικής σταθεράς, ψευδής-χαρτογράφηση ηχούς και τα λάθη που δημιουργούν τις περισσότερες κλήσεις υπηρεσίας όταν μια μονάδα βρίσκεται ήδη στο πεδίο.

Πώς λειτουργεί πραγματικά η μέτρηση επιπέδου ραντάρ

Ένας αισθητήρας στάθμης ραντάρ στέλνει έναν παλμό μικροκυμάτων προς την επιφάνεια του υλικού που μετράται και μετράει πόσο χρόνο χρειάζεται για να επιστρέψει η ανάκλαση. Η απόσταση υπολογίζεται από αυτόν τον χρόνο ταξιδιού και το επίπεδο προκύπτει αφαιρώντας αυτήν την απόσταση από το γνωστό ύψος της δεξαμενής. Επειδή το σήμα είναι ηλεκτρομαγνητικό και όχι ακουστικό, το ραντάρ δεν εξασθενεί από ατμούς, σκόνη ή διαβαθμίσεις θερμοκρασίας όπως είναι το υπερηχητικό -, γι' αυτό ακριβώς είναι συχνά η διαδρομή αναβάθμισης όταν ένας αισθητήρας υπερήχων δυσκολεύεται.

Αυτό στο οποίο είναι ευαίσθητο το ραντάρ είναι η ανακλαστικότητα της επιφάνειας στόχου, η οποία διέπεται από τη διηλεκτρική σταθερά του - ένα μέτρο του πόσο έντονα ένα υλικό ανακλά ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Το νερό αντανακλά έντονα και είναι εύκολο να μετρηθεί. Οι ελαφροί υδρογονάνθρακες, τα υγροποιημένα αέρια και ορισμένα υγρά χαμηλής-αγωγιμότητας αντανακλούν ασθενώς και ο πομπός πρέπει να το γνωρίζει εκ των προτέρων για να ερμηνεύσει σωστά μια αμυδρή ηχώ αντί να την απορρίψει ως θόρυβο.

80GHz Radar Level Sensor For Basic Applications

Zero and Span: The Same Foundation, One Added Variable

Όπως κάθε όργανο επιπέδου, η βαθμονόμηση ραντάρ ξεκινά με δύο σημεία αναφοράς.

Μηδέν (κενή απόσταση)

Αυτή είναι η απόσταση από την επιφάνεια της κεραίας έως το χαμηλότερο σημείο που πρέπει να μετρήσει ο αισθητήρας, συνήθως το κάτω μέρος της δεξαμενής ή μια καθορισμένη αναφορά χαμηλού- επιπέδου. Συνήθως λαμβάνεται απευθείας από το μηχανικό σχέδιο του σκάφους αντί να μετράται με το χέρι, καθώς η ακρίβεια εδώ θέτει τη γραμμή βάσης για ολόκληρο το εύρος.

Span (Πλήρης απόσταση)

Το εύρος ορίζει τη μικρότερη απόσταση που αναμένεται να διαβάσει ο αισθητήρας, κοντά στην κορυφή του εύρους μέτρησης. Σε δεξαμενές με ανώμαλη ή κεκλιμένη οροφή - οι δεξαμενές πλωτής οροφής είναι το κλασικό παράδειγμα - αυτό δεν είναι πάντα μια απλή επίπεδη μέτρηση και μπορεί να απαιτεί μια οριζόντια πλάκα ανακλαστήρα τοποθετημένη εκεί όπου η κεραία έχει μια καθαρή, χωρίς εμπόδια-διαδρομή.

Εκεί που το ραντάρ αποκλίνει από το υπερηχητικό είναι η τρίτη είσοδος: η διηλεκτρική σταθερά. Λάβετε το μηδέν και ανοίγετε σωστά, αλλά αφήστε τη ρύθμιση του διηλεκτρικού λάθος και ο πομπός θα εξακολουθεί να υπολογίζει σωστά την απόσταση - η ηχώ θα είναι απλώς πιο αδύναμη ή πιο θορυβώδης από το αναμενόμενο, κάτι που εμφανίζεται ως αστάθεια ή διακοπτόμενες ενδείξεις και όχι ως επίπεδη μετατόπιση.

Βήμα{0}}Βήμα προς-Διαδικασία βαθμονόμησης

1. Επιβεβαιώστε τη γεωμετρία εγκατάστασης και την ευθυγράμμιση κεραίας

Επαληθεύστε τις πραγματικές άδειες και πλήρεις αποστάσεις από το σχέδιο του σκάφους και ελέγξτε ότι η κεραία είναι τοποθετημένη κάθετα στην επιφάνεια που μετράται. Μια κακώς ευθυγραμμισμένη κεραία αντανακλά τον παλμό μακριά από τον δέκτη και όχι πίσω σε αυτόν, αποδυναμώνοντας το σήμα με τρόπο που μοιάζει με πρόβλημα βαθμονόμησης αλλά είναι στην πραγματικότητα μηχανικός.

Για δεξαμενές με μη-επίπεδη οροφή, επιβεβαιώστε εάν απαιτείται πλάκα ανακλαστήρα. Ένας οριζόντιος μεταλλικός στόχος τουλάχιστον 50 mm × 50 mm, τοποθετημένος με καθαρή οπτική γωνία και μακριά από δομικά εμπόδια, δίνει στο ραντάρ ένα σταθερό, προβλέψιμο σημείο ανάκλασης αντί για μια γωνιακή επιφάνεια οροφής που διασκορπίζει το σήμα.

2. Επιλέξτε Dry Calibration ή Wet Calibration

Ξηρή βαθμονόμησηχρησιμοποιεί έναν στόχο αναφοράς - συνήθως μια επίπεδη μεταλλική πλάκα τουλάχιστον τετράγωνου μέτρου - τοποθετημένη στις γνωστές κενές και πλήρεις αποστάσεις, με την κεραία να διατηρείται κάθετα σε αυτήν σε όλη την έκταση. Οι τιμές μηδέν και πλήρους-κλίμακας εισάγονται ή επιβεβαιώνονται με βάση αυτόν τον στόχο, χωρίς να χρειάζεται να γεμίσετε το πραγματικό σκάφος. Αυτή είναι η τυπική προσέγγιση για τις περισσότερες εφαρμογές γενικής διαδικασίας.

Υγρή βαθμονόμησηγεμίζει το δοχείο σε γνωστά επίπεδα και προσαρμόζει την έξοδο του πομπού ώστε να ταιριάζει με αυτά τα επαληθευμένα επίπεδα. Είναι απαραίτητο όταν το σκάφος έχει εσωτερικά εμπόδια που δημιουργούν ψευδείς ηχώ που πρέπει να χαρτογραφηθούν, ή σε εφαρμογές μεταφοράς-και ρυθμιστικών εφαρμογών όπου η βαθμονόμηση πρέπει να αντικατοπτρίζει την πραγματική-συμπεριφορά του σκάφους και όχι την εξιδανικευμένη γεωμετρία.

3. Ορίστε τα σημεία μηδέν και κλίσης

Εισαγάγετε τις επιβεβαιωμένες κενές και πλήρεις αποστάσεις μέσω της τοπικής οθόνης, μιας συσκευής επικοινωνίας HART ή λογισμικού διαμόρφωσης ανάλογα με το μοντέλο του πομπού. Οι περισσότερες σύγχρονες μονάδες υποστηρίζουν την άμεση αριθμητική εισαγωγή καθώς και μια λειτουργία αυτόματης-ρύθμισης που καταγράφει την τρέχουσα απόσταση ηχούς ως σημείο αναφοράς.

4. Εισαγάγετε τη διηλεκτρική σταθερά για το μέσο διεργασίας

Αυτό είναι το βήμα που παραλείπεται πιο συχνά, συνήθως επειδή ο πομπός αποστέλλεται με μια προεπιλεγμένη τιμή συντονισμένη για νερό και κανείς δεν την αλλάζει. Εάν το μέσο διεργασίας σας δεν είναι νερό - ένας διαλύτης, ένας ελαφρύς υδρογονάνθρακας, ένα υγροποιημένο αέριο - αναζητήστε τη διηλεκτρική σταθερά του στον πίνακα αναφοράς του κατασκευαστή και καταχωρίστε τη ρητά. Αυτή η μεμονωμένη ρύθμιση έχει μεγάλη επίδραση στη σταθερότητα της μέτρησης για ασθενώς ανακλαστικά μέσα.

5. Εκτελέστε ψευδή-Χαρτογράφηση ηχούς

Ονομάζεται επίσης κενή καμπύλη ή καμπύλη ηχούς, αυτό το βήμα καταγράφει αντανακλάσεις από σταθερές εσωτερικές δομές - αναδευτήρες, ακροφύσια, σκάλες, πηνία θέρμανσης - ενώ το δοχείο είναι άδειο ή σε γνωστό επίπεδο αναφοράς. Το λογισμικό του πομπού χρησιμοποιεί αυτόν τον χάρτη για να φιλτράρει αυτές τις σταθερές αντανακλάσεις κατά την κανονική λειτουργία, έτσι ώστε να μην μπερδεύει ένα ακίνητο εμπόδιο για την πραγματική επιφάνεια.

6. Επαλήθευση έναντι ανεξάρτητης αναφοράς σε πολλαπλά σημεία

Ελέγξτε την ένδειξη του πομπού σε μια ταινία εμβάπτισης, ένα γυαλί ελέγχου ή ένα δεύτερο βαθμονομημένο όργανο σε δύο ή τρία ενδιάμεσα επίπεδα, όχι μόνο σε άδειο και γεμάτο. Αυτό έχει ακόμη μεγαλύτερη σημασία στο ραντάρ παρά στο υπερηχητικό όταν η οροφή της δεξαμενής είναι υπό γωνία ή το σκάφος έχει σημαντική εσωτερική δομή, καθώς τα σφάλματα που εισάγονται από την κακή ευθυγράμμιση του ανακλαστήρα ή την ελλιπή χαρτογράφηση της ηχούς τείνουν να εμφανίζονται στο μεσαίο εύρος-και όχι στα τελικά σημεία.

7. Τεκμηριώστε τη βαθμονόμηση

Καταγράψτε την ημερομηνία, τη μέθοδο αναφοράς, την τιμή της διηλεκτρικής σταθεράς που χρησιμοποιήθηκε και τις μετρήσεις πριν/μετά. Ειδικά στο ραντάρ, αξίζει επίσης να καταγράψετε εάν πραγματοποιήθηκε εσφαλμένη-χαρτογράφηση ηχούς και πότε - αυτή η εγγραφή εξοικονομεί σημαντικό χρόνο αντιμετώπισης προβλημάτων εάν οι μετρήσεις γίνουν ασταθείς μετά από μεταγενέστερη αλλαγή της διαδικασίας.

Παράδειγμα πεδίου: Όταν το μηδέν και το διάστημα δεν ήταν ποτέ το πρόβλημα

Μια εγκατάσταση που εκτελούσε έναν πομπό ραντάρ σε ένα δοχείο αποθήκευσης διαλυτών άρχισε να βλέπει διακοπτόμενες, θορυβώδεις μετρήσεις λίγες εβδομάδες μετά την έναρξη λειτουργίας του - όχι σταθερή μετατόπιση, αλλά τιμές που θα πηδούσαν κοντά στο χαμηλό άκρο της εμβέλειας και περιστασιακά έχασαν εντελώς το σήμα. Η πρώτη απάντηση της ομάδας συντήρησης ήταν να-επαληθεύσει ξανά το μηδέν και το εύρος, και τα δύο ελέγχθηκαν ακριβώς όπως έχουν διαμορφωθεί.

Η πραγματική αιτία ήταν η ρύθμιση της διηλεκτρικής σταθεράς, η οποία είχε παραμείνει στην εργοστασιακή προεπιλογή κατάλληλη για νερό. Ο διαλύτης στο δοχείο είχε σημαντικά χαμηλότερη διηλεκτρική τιμή, παράγοντας πολύ πιο αδύναμη ηχώ από ό,τι οι ρυθμίσεις επεξεργασίας του σήματος του πομπού αναμενόταν - αρκετά ισχυρή ώστε να ανιχνεύεται τις περισσότερες φορές, αλλά χάνεται εύκολα κάθε φορά που η επιφάνεια είχε οποιαδήποτε διαταραχή. Η εισαγωγή της σωστής διηλεκτρικής τιμής για το πραγματικό μέσο, που ελήφθη από τον πίνακα αναφοράς του κατασκευαστή, επέλυσε την αστάθεια χωρίς καμία αλλαγή στις ρυθμίσεις μηδέν ή ανώτατου ορίου.

Το ευρύτερο σημείο: στους πομπούς ραντάρ, ένα ασταθές ή θορυβώδες σήμα είναι συχνά ένα πρόβλημα μεσαίας-ανακλαστικότητας παρά ένα ζήτημα βαθμονόμησης με τη στενή έννοια. Ο έλεγχος της ρύθμισης διηλεκτρικού πριν από την εκ νέου-βαθμονόμηση του μηδενός και του εύρους μπορεί να αποθηκεύσει μια επαναλαμβανόμενη επίσκεψη στον ιστότοπο.

Τι σημαίνει αυτό όταν επιλέγετε έναν αισθητήρα

Μερικά πρακτικά ζητήματα που αξίζει να σταθμιστούν πριν από την αγορά, καθώς επηρεάζουν άμεσα την προσπάθεια βαθμονόμησης που θα χρειαστεί μια εγκατάσταση ραντάρ:

Ενσωματωμένες βιβλιοθήκες διηλεκτρικής σταθεράςμε κοινά μέσα διεργασίας προ-φορτωμένα μειώνουν τον κίνδυνο του προεπιλεγμένου-προβλήματος τιμής που περιγράφεται παραπάνω, ειδικά σε εγκαταστάσεις που χειρίζονται πολλά διαφορετικά προϊόντα με την πάροδο του χρόνου.
Αυτόματη αντιστοίχιση ψευδούς{0}}ηχούςοι λειτουργίες, αντί για την πλήρως χειροκίνητη καταχώριση ηχώ{0}}καμπύλης, μειώνουν σημαντικά τον χρόνο έναρξης λειτουργίας σε πλοία με πολύπλοκα εσωτερικά.
Κεραίες υψηλότερης-συχνότητας (80 GHz έναντι επιλογών χαμηλότερης-συχνότητας)παράγουν μια στενότερη γωνία δέσμης, η οποία μειώνει την πιθανότητα λήψης αντανακλάσεων από εσωτερικές κατασκευές αρχικά - χρήσιμες σε μικρότερα ή πιο πολυσύχναστα σκάφη.
HART ή ψηφιακή έξοδος με απομακρυσμένη διαμόρφωσηεπιτρέπει την επαλήθευση και την προσαρμογή από την αίθουσα ελέγχου, κάτι που έχει σημασία για τις δεξαμενές στις οποίες είναι δύσκολη ή επικίνδυνη η φυσική πρόσβαση. Εάν η εφαρμογή σας περιλαμβάνει ένα ισχυρό, εύκολα ανακλαστικό μέσο και μια απλούστερη γεωμετρία αγγείου, έναμετρητής στάθμης υπερήχωνμπορεί να επιτύχει συγκρίσιμη ακρίβεια με χαμηλότερο κόστος εγκατάστασης.

Συνήθη λάθη βαθμονόμησης ραντάρ που αξίζει να αποφευχθούν

Αφήνοντας τη διηλεκτρική σταθερά ως προεπιλογή.Όπως δείχνει το παράδειγμα πεδίου, αυτή είναι η πιο κοινή αιτία ασταθών μετρήσεων σε μη-υδατικά μέσα.

Παράλειψη ψευδούς-χαρτογράφησης ηχούς σε πλοία με εσωτερική δομή.Χωρίς αυτό, ο πομπός δεν έχει τρόπο να διακρίνει ένα σταθερό εμπόδιο από μια γνήσια ένδειξη επιφάνειας.

Τοποθέτηση της κεραίας εκτός-κάθετου.Ακόμη και μια μικρή γωνία μειώνει την ισχύ του επιστρεφόμενου σήματος και μπορεί να μοιάζει πανομοιότυπο με ένα αδύναμο-διηλεκτρικό πρόβλημα.

Υποθέτοντας μια επίπεδη στέγη όταν δεν υπάρχει.Ειδικά οι εξωτερικές δεξαμενές πλωτής οροφής χρειάζονται συχνά μια οριζόντια πλάκα ανακλαστήρα - παραλείποντας να παράγει ασυνεπείς ενδείξεις που δεν έχουν καμία σχέση με το μηδέν ή το άνοιγμα.

Να μην αντιστοιχίζονται ξανά-ψευδείς ηχώ μετά από εσωτερικές τροποποιήσεις.Προσθέτοντας ή μετακινώντας εξοπλισμό μέσα στο σκάφος - έναν νέο αναδευτήρα, ένα μετατοπισμένο ακροφύσιο - αλλάζει το σταθερό-μοτίβο ηχούς με το οποίο σχεδιάστηκε αρχικά ο πομπός.

Πόσο συχνά πρέπει να κάνετε επαναβαθμονόμηση;

Οι πομποί ραντάρ γενικά διατηρούν τη βαθμονόμηση περισσότερο από τους αισθητήρες υπερήχων, καθώς δεν υπόκεινται στην ίδια μετατόπιση-της θερμοκρασίας. Ωστόσο, ισχύουν μερικές γενικές οδηγίες:

Εφαρμογές μεταβίβασης επιμέλειας ή ρυθμιστικών-αναφορών: επαλήθευση έναντι ανιχνεύσιμων αναφορών ανά τρίμηνο.
Τυπική παρακολούθηση της διαδικασίας σε σταθερές συνθήκες: ένας ετήσιος έλεγχος είναι συνήθως επαρκής.
Μετά από οποιαδήποτε αλλαγή στο μέσο διεργασίας: εκ νέου-επαληθεύστε τη ρύθμιση της διηλεκτρικής σταθεράς ακόμα κι αν το μηδέν και το εύρος δεν έχουν αλλάξει - αυτός είναι ο έλεγχος που παραλείπεται συχνότερα μετά από αλλαγή προϊόντος.

Όπως πάντα, οι συστάσεις των κατασκευαστών έχουν προτεραιότητα όταν είναι πιο συντηρητικές, ιδιαίτερα για εφαρμογές με όργανα ασφαλείας-.

Τελικές Σκέψεις

Οι αισθητήρες στάθμης ραντάρ συγχωρούν όργανα μόλις διαμορφωθούν σωστά, γι' αυτό ακριβώς η εσφαλμένη διαμόρφωση τείνει να περνά απαρατήρητη για λίγο - ο αισθητήρας δεν αποτυγχάνει εντελώς, παράγει απλώς μετρήσεις που είναι πιο θορυβώδεις ή λιγότερο σταθερές από ό,τι θα έπρεπε. Το μηδέν και το εύρος σωστά είναι πονταρίσματα τραπεζιού. Η σωστή αντιστοίχιση της διηλεκτρικής σταθεράς και της λανθασμένης{2}}ηχούς είναι αυτό που στην πραγματικότητα καθορίζει εάν μια εγκατάσταση ραντάρ λειτουργεί όπως υποτίθεται ότι θα έχει μακροπρόθεσμα.

Αναφορές

Instrument Society of America (ISA) - γενικές οδηγίες σχετικά με τα όργανα μέτρησης επιπέδου και τις πρακτικές βαθμονόμησης.
Αμερικανικό Ινστιτούτο Πετρελαίου,Εγχειρίδιο Προτύπων Μέτρησης Πετρελαίου, Κεφάλαιο 3 - μέτρηση δεξαμενής και αρχές μέτρησης στάθμης.
Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) - δεδομένα αναφοράς σχετικά με τη διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και τις διηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού.
Τεχνική τεκμηρίωση κατασκευαστή για πομπούς επιπέδου ραντάρ - πίνακες αναφοράς διηλεκτρικής σταθεράς και λανθασμένες{1}}διαδικασίες χαρτογράφησης ηχούς.

Εργάζεστε μέσω μιας θορυβώδους ή ασταθούς ένδειξης επιπέδου ραντάρ ή καθορίζετε έναν νέο πομπό για ένα δύσκολο μέσο; Στείλτε μας τα στοιχεία του σκάφους σας και τις συνθήκες διαδικασίας - θα σας βοηθήσουμε να επεξεργαστείτε τη σωστή διαμόρφωση προτού γίνει επαναλαμβανόμενη κλήση υπηρεσίας.