水和環(huán)境部門(mén)的水位測(cè)量變化之風(fēng)及實(shí)際應(yīng)用

在世界范圍內(nèi)，每天都有成千上萬(wàn)的污水處理廠和數(shù)十億升的污水處理
無(wú)數(shù)的測(cè)量?jī)x器監(jiān)測(cè)和測(cè)量水或污水的水位，流量，壓力和水質(zhì)，以及控制處理設(shè)施本身日益復(fù)雜的生物過(guò)程。
水位是較常見(jiàn)的測(cè)量方法之一 - 例如，在明渠，水槽和堰中流動(dòng)，控制篩分系統(tǒng)，緊急溢流，洪水監(jiān)測(cè)，沉淀池，污泥，固體處理和配料系統(tǒng)......以及無(wú)數(shù)其他任務(wù)。直到較近，水處理和監(jiān)測(cè)行業(yè)的連續(xù)水平測(cè)量主要依賴(lài)于非接觸式超聲波液位傳感器，特別是在流出物上，由于大量固體物質(zhì)，以及主要用于清潔器，供水側(cè)的潛水壓力變送器。
現(xiàn)在，一個(gè)相對(duì)較新的非接觸式水平選項(xiàng)正在使用雷達(dá)技術(shù)。它已經(jīng)在許多過(guò)程工業(yè)中得到了很好的建立，但水務(wù)公司仍然擁有相對(duì)較少的經(jīng)驗(yàn)，部分原因是認(rèn)為成本較高且感知復(fù)雜性，使其成為“專(zhuān)家”解決方案�，F(xiàn)在，由于技術(shù)和成本的新發(fā)展，雷達(dá)可以被視為首選。

為什么選擇雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量技術(shù)？
主要是由于工藝或環(huán)境的影響較小，水對(duì)雷達(dá)信號(hào)的優(yōu)異反射率，固有的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性以及更穩(wěn)健的測(cè)量技術(shù)。以與現(xiàn)有技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的價(jià)格。

流程挑戰(zhàn)
Jürg是市場(chǎng)很好公司雷達(dá)和超聲波技術(shù)的產(chǎn)品經(jīng)理。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，他認(rèn)為非接觸式雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量技術(shù)是水，環(huán)境和污水處理領(lǐng)域的未來(lái)，主要是因?yàn)樗�在過(guò)程和天氣影響方面的穩(wěn)健性。他具有冷凝，湍流，蒸汽，風(fēng)，霧或雨水損害超聲波傳感器的直接經(jīng)驗(yàn)，以及太陽(yáng)輻射對(duì)溫度的影響（太陽(yáng)能增益）。
超聲波信號(hào)的速度變化與溫度變化有關(guān)（每10'開(kāi)氏度為1.6％）。例如，在超聲波傳感器上，換能器內(nèi)的溫度傳感器進(jìn)行補(bǔ)償
“ 只要它是陰天，就能獲得可靠的價(jià)值 ” Skowaisa解釋說(shuō) “ 但是在較長(zhǎng)時(shí)間的直射陽(yáng)光下，傳感器上的溫度會(huì)升高，傳感器溫度會(huì)變得遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤 ”
一種解決方案是太陽(yáng)能屏蔽或附加溫度傳感器，但它并不總能減輕誤差，因?yàn)閭鞲衅骱鸵后w表面之間的空氣溫度變化不能總是被測(cè)量和校正。環(huán)境機(jī)構(gòu)在小橋上安裝了雷達(dá)和超聲波傳感器（配有溫度傳感器和太陽(yáng)能防護(hù)罩），證明了這一點(diǎn)。數(shù)據(jù)顯示，在某些天氣條件下，超聲波傳感器仍會(huì)產(chǎn)生明顯的誤差或漂移，而雷達(dá)設(shè)備的輸出仍保持準(zhǔn)確。
湍流，波浪或泡沫也會(huì)影響超聲波傳感器的性能，反射信號(hào)會(huì)散射，如果處于開(kāi)放狀態(tài)，風(fēng)可以完全消除信號(hào)。雷達(dá)微波信號(hào)不受影響 - 發(fā)射數(shù)百萬(wàn)個(gè)脈沖，輸出每秒更新兩次 - 這意味著它們甚至可以測(cè)量波高。采用表面泡沫，較新的雷達(dá)傳感器還具有聚焦和動(dòng)態(tài)靈敏度，可以進(jìn)行工作和測(cè)量。
雷達(dá)可提供準(zhǔn)確，可靠的液位數(shù)據(jù)，即使容器內(nèi)有傳感器表面冷凝或蒸氣和氣體。用于能量產(chǎn)生和污泥處理設(shè)備的厭氧消化（AD）單元的增殖通常呈現(xiàn)用于水平控制的這些環(huán)境。此外，“密封”廢物處理廠的新設(shè)計(jì) - 減少城市地區(qū)的氣味和促進(jìn)能源生產(chǎn)的氣體收集 - 為將來(lái)出現(xiàn)這些問(wèn)題提供了更大的潛力。

傳感器通常具有哪些功能？
緊湊型2線（4-20mA）環(huán)路供電“水”雷達(dá)通常具有2mm或5mm的精度（可提供散裝固體版本），封裝天線具有10°光束角（3°）選項(xiàng)），范圍從大約8到15米（變體高達(dá)120米），它們可以具有藍(lán)牙，Profibus，F(xiàn)F和HART通信，用于設(shè)置和/或數(shù)據(jù)傳輸，具有ATEX和IEC危險(xiǎn)區(qū)域認(rèn)證以及SIL 2一致性。
有些防水外殼采用防洪外殼（IP68至2 Bar）�；�本設(shè)備可以處理高達(dá)3巴的工藝壓力，溫度高達(dá)80°C - 對(duì)于大多數(shù)水/環(huán)境部門(mén)來(lái)說(shuō)通常是充足的（替代品可以達(dá)到400巴和400°C！）。全球水行業(yè)已經(jīng)安裝了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的基于雷達(dá)的設(shè)備，并且采用率似乎將加速。
“ 該技術(shù)一般具有更高的精度，它非常易于使用，并且可以提供超聲波儀器的卓越性能替代品 ” Jürgen解釋道。

那么價(jià)格呢？
“ 超聲波和雷達(dá)測(cè)量技術(shù)之間的價(jià)格差異曾經(jīng)非常高。今天，雷達(dá)技術(shù)的成本是相同的，甚至更低，這取決于應(yīng)用，因此它實(shí)際上是一個(gè)更好的全方位解決方案 “。
這意味著客戶(hù)現(xiàn)在可以選擇純粹基于較佳技術(shù)，而不是價(jià)格。

面向應(yīng)用
與任何面向行業(yè)的設(shè)備一樣，基于應(yīng)用程序的設(shè)置有助于調(diào)試的質(zhì)量和速度。
“ 該行業(yè)的用戶(hù)需要快速，方便地選擇泵站，污泥接收和處理罐，沼氣池，明渠中的流量測(cè)量以及該領(lǐng)域典型的其他類(lèi)似應(yīng)用。甚至流量曲線也可以編程到傳感器本身，以進(jìn)行明渠流量測(cè)量。”
提供各種安裝和通信選項(xiàng)，使傳感器易于集成到現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)中。簡(jiǎn)單，用戶(hù)友好的操作和處理，如藍(lán)牙應(yīng)用程序和PC通信。提供快速簡(jiǎn)單的設(shè)置和診斷。
Jürgen補(bǔ)充說(shuō)： “測(cè)量數(shù)據(jù)可以直接傳輸?shù)浆F(xiàn)有的控制單元或SCADA系統(tǒng)（4 ... 20 mA，Profibus PA甚至基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線），因此這使得該技術(shù)成為真正的全方位。”他總結(jié)道。
在批準(zhǔn)以及危險(xiǎn)區(qū)域認(rèn)證方面，歐洲有一種用于露天使用的水平探測(cè)雷達(dá)（LPR）液位傳感器標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備必須符合此標(biāo)準(zhǔn)才能在室外使用。
要求苛刻的應(yīng)用中的可靠數(shù)據(jù)：以下示例顯示了新傳感器在水部門(mén)日常使用中的優(yōu)勢(shì)。
精確的明渠流量測(cè)量：在明渠中的流量測(cè)量中，精度是關(guān)鍵，因?yàn)橹笖?shù)流量計(jì)算可以放大小誤差。根據(jù)Jürgen的說(shuō)法，許多用戶(hù)沒(méi)有意識(shí)到超聲波技術(shù)會(huì)產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。
“ 用戶(hù)只需相信手冊(cè)中所述的值是正確的，但實(shí)際上，這些僅適用于理想的測(cè)量條件。”
監(jiān)管機(jī)構(gòu)根據(jù)這些價(jià)值向企業(yè)收取污水排放量。雷達(dá)技術(shù)可以為所有相關(guān)方提供更好的測(cè)量數(shù)據(jù)。

MCERTS批準(zhǔn)用于明渠流量測(cè)量的雷達(dá)液位測(cè)量
較近，第一個(gè)用于明渠流量測(cè)量的基于雷達(dá)的系統(tǒng)在MCERTS計(jì)劃下獲得批準(zhǔn) - 由英國(guó)環(huán)境局監(jiān)督。對(duì)其性能，準(zhǔn)確性和制造質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)估。雷達(dá)技術(shù)是此應(yīng)用的理想選擇，不受溫度變化的影響，在所有天氣條件下均可靠，即使傳感器表面有冷凝，也可提供精確的液位數(shù)據(jù)，以便計(jì)算流量。它現(xiàn)已通過(guò)該方案的此應(yīng)用認(rèn)證，并為多功能性，功能和流量測(cè)量精度提供了巨大的優(yōu)勢(shì)。

風(fēng)暴溢流室 - 雷達(dá)沒(méi)有阻塞距離，因此它在狹窄空間中的理想選擇，水平安裝45反射板增加了測(cè)量范圍
雨水溢出和下水道流動(dòng)： SWO或CSO室通常位于地下，用戶(hù)可以從該技術(shù)中受益匪淺。
“ 由于雷達(dá)技術(shù)沒(méi)有阻擋距離，因此測(cè)量可以持續(xù)到非常高的水位，并且傳感器表面上的冷凝免疫也有助于減少誤讀或讀數(shù)丟失 ”。Jürgen提到 另一個(gè)優(yōu)勢(shì)，“ 即使是洪水也不成問(wèn)題，因?yàn)槔走_(dá)傳感器具有IP68保護(hù)選項(xiàng)。在所有條件下毫米測(cè)量精度也可以更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)“溢出”。”

化學(xué)品儲(chǔ)罐; 雷達(dá)可以完全安裝在塑料容器外面。它增加了安全性，易于安裝和操作，同時(shí)簡(jiǎn)化了使用IBC時(shí)的更改
化學(xué)品的儲(chǔ)存：一些用于污水處理或水處理和清潔的化學(xué)品會(huì)釋放出煙霧，冷凝物和蒸汽。當(dāng)在靠近水道和植物的地方使用時(shí)，它們需要安全，安全的處理和測(cè)量。雷達(dá)液位測(cè)量與存在的煙霧或蒸汽一起工作，并且具有以下優(yōu)點(diǎn)：它可以安裝在塑料或GRP容器的上方/外部，俯視頂部，以提供可靠，準(zhǔn)確的庫(kù)存監(jiān)控。塑料移動(dòng)式IBC容器的理想解決方案，無(wú)需配件。

水雷達(dá)（圖片左側(cè)）在深水泵軸上工作，集中在水位，忽略周?chē)�的許多障礙物
泵站，濕井和井：雷達(dá)液位測(cè)量提供了優(yōu)異的性能，泵軸通常很窄并且充滿了許多管道，固定裝置和配件，泵本身有時(shí)直接位于軸中，積聚的固體很普遍。聚焦光束和水對(duì)雷達(dá)信號(hào)的高反射率實(shí)現(xiàn)了可靠性。在非常深的軸上，在大型方案中可以看到，可以使用另一種傳感器，只有3度光束角，范圍可達(dá)120米。
開(kāi)放水道洪水風(fēng)險(xiǎn)正在增加，這是由于某些地區(qū)的集中降雨量較多而其他地區(qū)的城市化程度較高。反過(guò)來(lái)，洪水水位監(jiān)測(cè)，河流，水道和河口的測(cè)量也是如此。非接觸式雷達(dá)液位計(jì)具有抗太陽(yáng)，風(fēng)，雨，霧等功能，非常實(shí)用。它們可以安裝在任何地方，快速，輕松，“開(kāi)放”，無(wú)需靜音井或發(fā)聲管，橋梁或橋下，并對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行改造。

雷達(dá)水平測(cè)量技術(shù)安裝在河上的橋上，安裝簡(jiǎn)單，有兩個(gè)固定裝置。沒(méi)有大風(fēng)或溫度梯度的影響，也沒(méi)有導(dǎo)管或淤塞。12米范圍，由電池記錄器驅(qū)動(dòng)，安裝在一個(gè)謹(jǐn)慎，堅(jiān)固的管中。每15分鐘測(cè)量一次，使用相同的電池工作3年以上。用戶(hù)報(bào)告零維護(hù)，在所有條件下100％準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

展望
隨著稀缺和洪水的矛盾，水和洪水水位的監(jiān)測(cè)，供應(yīng)和污水處理將在未來(lái)繼續(xù)增長(zhǎng)，并將始終對(duì)技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。
在不同的環(huán)境市場(chǎng)中滿足這些需求本身就是一個(gè)挑戰(zhàn)：在歐洲 - 現(xiàn)有工廠的升級(jí)，尋找較新技術(shù)自動(dòng)化等，而在中國(guó)和巴西等國(guó)家，正在建造新的污水處理廠，較近的現(xiàn)場(chǎng)總線通信日常'。
新的雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量技術(shù)設(shè)備具有更高的可靠性和性能，基于應(yīng)用的設(shè)置，藍(lán)牙設(shè)置以及價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力 - 為傳統(tǒng)傳感器提供了一種真正的替代方案，可以選擇基于技術(shù)的選擇，而不僅僅是價(jià)格。
“ 通過(guò)這種有能力的核心技術(shù)可以很快滿足未來(lái)的市場(chǎng)和環(huán)境要求” Skowaisa總結(jié)道，“ 我相信雷達(dá)儀器將在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)方面發(fā)揮重要作用。”