Cảm biến radar là gì? Nguyên lý cấu tạo và đặc điểm của cảm biến Radar

Với sự tiến bộ của công nghiệp tự động hóa ngày nay, cảm biến trở thành một thiết bị thông thường. Trong bài viết này, tôi sẽ giới thiệu với bạn về một loại cảm biến radar. Hãy cùng Dubai Electric tìm hiểu về cảm biến Radar là gì, nguyên lý hoạt động, đặc điểm và ứng dụng của cảm biến Radar.

Cảm biến radar là gì?

Trước tiên, chúng ta cần hiểu khái niệm cơ bản về loại cảm biến này. Cảm biến radar là một loại cảm biến công nghiệp phổ biến trên thị trường hiện nay, được sản xuất bởi Hawk – một công ty có trụ sở tại Hoa Kỳ. Hawk là một trong những nhà sản xuất hàng đầu về cảm biến và thiết bị đo mức tại Châu Âu, được tin dùng bởi nhiều nhà máy và xí nghiệp tại Việt Nam. Với những chức năng và khả năng đo lường xuất sắc, đây là một trong những lựa chọn hàng đầu cho các kỹ sư hoạt động trong ngành công nghiệp.

Bên cạnh nhiều phương pháp đo mức khác nhau như đo mức bằng điện dung, siêu âm, cánh xoay, cảm biến đo mức bằng radar cũng là một phương pháp phổ biến và hiệu quả. Đặc điểm nổi bật của loại cảm biến này là độ chính xác cao và không bị ảnh hưởng bởi môi trường có nhiều bụi. Ứng dụng chính của thiết bị này được sử dụng để đo lường mức xi măng, than, cát, đá,… Cảm biến radar thường bao gồm một bo mạch dùng để xử lý tín hiệu và một dây cáp truyền sóng radar để cảm nhận nguyên liệu.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến radar

Các loại cảm biến radar

Trong loạt cảm biến radar, chúng ta có các loại cảm biến phát hiện vật cản, cảm biến đo vận tốc đối tượng và cảm biến đo mức radar. Hãy đi vào từng loại để hiểu rõ hơn về chúng!

Cảm biến radar phát hiện vật cản

Các cảm biến radar này hoạt động tương tự như các cảm biến tiệm cận. Thực tế là nhiều người nhầm lẫn rằng các cảm biến radar phát hiện vật cản là cảm biến tiệm cận.

Chúng được sử dụng trên các băng tải, dây chuyền tự động hóa nơi mà các cảm biến tiệm cận hoặc cảm biến quang không thích hợp hoặc không đưa ra kết quả chính xác. Thường thì những môi trường này có nhiều khói bụi,…

Cảm biến radar đo vận tốc đối tượng

Các cảm biến radar được sử dụng để đo vận tốc đối tượng không còn xa lạ với các tài xế. Thường được gọi là “súng bắn vận tốc”.

Các cảm biến này có ưu điểm là có thời gian phản hồi rất nhanh và không bị ảnh hưởng bởi không khí, gió, bụi,… Vì vậy, khi tia radar được bắn ra, chúng sẽ nhanh chóng đi tới phương tiện của bạn và phản hồi trở lại. Mạch xử lý sẽ tính toán khoảng cách và vận tốc của đối tượng đang di chuyển.

Cảm biến đo mức radar

Cảm biến đo mức sử dụng công nghệ radar có thể coi là một đột phá trong lĩnh vực đo mức. Chúng làm mờ hết tất cả các công nghệ đo mức truyền thống như cảm biến siêu âm, cảm biến điện dung, cảm biến phao báo mức,… Điều này đơn giản là vì chúng sở hữu công nghệ cao cấp và có đủ khả năng làm hài lòng người sử dụng. Chúng có khả năng phát hiện đối tượng với tốc độ vượt trội hơn cả sóng siêu âm và đưa ra kết quả với độ chính xác rất cao.

Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến radar

Ưu điểm:

• Radar không tiếp xúc hỗ trợ phép đo trực tiếp từ trên xuống khi đo khoảng cách tới bề mặt. Nó có thể được sử dụng với chất lỏng, bùn và một số chất rắn. Lợi thế chính của radar là không cần phải điều chỉnh mật độ, điện môi hoặc độ dẫn của chất lỏng.
• Thay đổi trong áp suất, nhiệt độ và đa số các điều kiện không gian không ảnh hưởng đến độ chính xác của các phép đo radar.
• Thiết bị radar không có bộ phận di chuyển nên việc bảo trì là tối thiểu.
• Thiết bị radar không tiếp xúc có thể được cách ly khỏi quá trình đo bằng cách sử dụng vật cản như PTFE seal hoặc van.
• Sử dụng tốt cho các ứng dụng bị ăn mòn và bẩn.

Nhược điểm:

• Đối với radar không tiếp xúc, việc lắp đặt đúng đắn là yếu tố quan trọng để thành công. Máy đo cần không gian phía trước cảm biến không bị cản trở, không bị giảm thiểu bởi ống lắp đặt (mounting nozzle).
• Các vật cản trong bồn như ống, thanh tăng nhanh và máy khuấy có thể gây ra dấu hiệu phản hồi sai, nhưng hầu hết các máy phát (transmitter) đều có thuật toán tinh xảo để cho phép che hoặc bỏ qua các dấu hiệu này.
• Đồng hồ đo radar không tiếp xúc có thể xử lý hiệu ứng khuấy trộn, thành công của nó phụ thuộc vào sự tương quan giữa các thuộc tính của chất lỏng và mức độ nhiễu loạn. Hằng số điện môi (DK) của môi trường và các điều kiện bề mặt sẽ ảnh hưởng đến phép đo.
• Việc đo lường có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của bọt. Năng lượng có xu hướng không bị phản xạ bởi bọt nhẹ và thoáng, trong khi bọt dày và nặng thường phản xạ năng lượng.
• Với chất lỏng có điện môi thấp, một phần lớn năng lượng tia xạ sẽ bị mất vào chất lỏng, chỉ còn rất ít năng lượng được phản xạ trở lại máy đo. Nước và hầu hết các chất hóa học có điện môi cao, trong khi dầu nhiên liệu, dầu bôi trơn và một số chất rắn như vôi có điện môi thấp.
• Nếu bề mặt bị hỗn loạn do khuấy trộn, thành phần trộn hoặc bắn tung tóe, nhiều dấu hiệu sẽ bị mất. Do đó, sự tương quan giữa chất lỏng có điện môi thấp và nhiễu loạn có thể làm giảm dấu hiệu trở lại máy đo radar không tiếp xúc. Để giải quyết vấn đề này, có thể sử dụng ống Pypass hoặc giếng tĩnh để cách ly bề mặt khỏi nhiễu loạn.

Ứng dụng của cảm biến radar

Như đã đề cập ở trên, cảm biến đo mức bằng radar thường được sử dụng rộng rãi trong các khu công nghiệp, xí nghiệp và nhà máy chuyên về nước, nước thải, bột, gạo, vật chất dạng hạt, hạt nhựa, xi măng, than, than đá,… với độ chính xác cao. Hoạt động của cảm biến dựa trên nguyên tắc sóng radar, cho phản hồi rất nhanh chóng gần như tức thì. Bởi vì tốc độ truyền sóng radar gần bằng tốc độ ánh sáng, do đó, tốc độ đo của cảm biến radar rất nhanh.

Ngoài ra, loại thiết bị này còn có khả năng hoạt động tốt trong môi trường có nhiều bụi mà không bị sai số trong quá trình đo, như trong nhà máy xay xát, nhà máy xi măng hay các nhà máy chế biến bột. Đặc biệt, trong những nơi sản xuất này có mức độ bụi cao, việc sử dụng cảm biến radar là lựa chọn tối ưu nhất. Dưới đây là 2 ứng dụng chi tiết của 2 loại cảm biến radar:

Cảm biến radar đo mức tiếp xúc

Cảm biến này bao gồm một đầu cảm biến và một dây kim loại dài. Khi lắp đặt, đầu dây cảm biến được thả chìm vào chất cần đo mức trong bồn chứa, bể chứa hoặc silo. Các chất có thể được đo mức bao gồm chất lỏng, chất rắn hạt v.v.

Cảm biến radar đo mức không tiếp xúc

Cảm biến này hoạt động hoàn toàn khác với loại tiếp xúc như đã mô tả ở trên. Trong phép đo này, cảm biến không tiếp xúc với chất cần đo mức được ứng dụng nhiều trong đo các chất như dầu nhớt, thực phẩm, hoá chất có tính axit cao v.v.

Lưu ý khi lựa chọn cảm biến radar đo mức

Đo mức là một hoạt động quan trọng trong mọi nhà máy sản xuất. Mặc dù có nhiều phương pháp đo mức như sử dụng thước đo, que đo, phao đo mức nước, tuy nhiên, cảm biến radar đo mức vẫn được coi là phương pháp hiệu quả và khả thi nhất.

Khi phần mềm yêu cầu độ chính xác cao trong kết quả đo để đảm bảo hoạt động ổn định và tránh sai sót, không đạt được dung tích như yêu cầu, cảm biến radar đo mức là một sự lựa chọn đáng xem xét. Tuy nhiên, trên thị trường hiện có nhiều loại và chức năng khác nhau của cảm biến radar đo mức. Vì vậy, làm thế nào để chọn loại cảm biến đúng theo yêu cầu kỹ thuật?

Dưới đây là một số yếu tố cần xem xét khi lựa chọn cảm biến radar đo mức:

1. Xác định chất cần đo là gì và có tính ăn mòn không? Điều này sẽ giúp quyết định liệu nên chọn phương pháp đo tiếp xúc hay không tiếp xúc.
2. Xác định vị trí lắp đặt và kiểm tra xem có đủ không gian trống không.
3. Chọn phạm vi đo, thông thường từ 6-10m là phạm vi thông dụng nhất.
4. Xem xét dạng tín hiệu đầu ra của cảm biến, liệu có phải là dạng 4-20mA, HART hay Modbus không.
5. Xem xét áp suất và nhiệt độ tại vị trí cần đo để đảm bảo rằng cảm biến được lựa chọn có thể hoạt động trong điều kiện đó.

Bằng cách cân nhắc các yếu tố trên, bạn có thể lựa chọn cảm biến radar đo mức phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của bạn.