水和环境部门的水位测量变化之风及实际应用

在世界范围内，每天都有成千上万的污水处理厂和数十亿升的污水处理
无数的测量仪器监测和测量水或污水的水位，流量，压力和水质，以及控制处理设施本身日益复杂的生物过程。
水位是较常见的测量方法之一 - 例如，在明渠，水槽和堰中流动，控制筛分系统，紧急溢流，洪水监测，沉淀池，污泥，固体处理和配料系统......以及无数其他任务。直到较近，水处理和监测行业的连续水平测量主要依赖于非接触式超声波液位传感器，特别是在流出物上，由于大量固体物质，以及主要用于清洁器，供水侧的潜水压力变送器。
现在，一个相对较新的非接触式水平选项正在使用雷达技术。它已经在许多过程工业中得到了很好的建立，但水务企业仍然拥有相对较少的经验，部分原因是认为成本较高且感知复杂性，使其成为“专家”解决方案。现在，由于技术和成本的新发展，雷达可以被视为首选。

为什么选择雷达液位计测量技术？
主要是由于工艺或环境的影响较小，水对雷达信号的优异反射率，固有的准确性和可重复性以及更稳健的测量技术。以与现有技术竞争的价格。

流程挑战
Jürg是市场很好企业雷达和超声波技术的产品经理。
根据经验，他认为非接触式雷达液位计测量技术是水，环境和污水处理领域的未来，主要是因为它在过程和天气影响方面的稳健性。他具有冷凝，湍流，蒸汽，风，雾或雨水损害超声波传感器的直接经验，以及太阳辐射对温度的影响（太阳能增益）。
超声波信号的速度变化与温度变化有关（每10'开氏度为1.6％）。例如，在超声波传感器上，换能器内的温度传感器进行补偿
“ 只要它是阴天，就能获得可靠的价值 ” Skowaisa说明说 “ 但是在较长时间的直射阳光下，传感器上的温度会升高，传感器温度会变得远高于环境温度，从而导致错误 ”
一种解决方案是太阳能屏蔽或附加温度传感器，但它并不总能减轻误差，因为传感器和液体表面之间的空气温度变化不能总是被测量和校正。环境机构在小桥上安装了雷达和超声波传感器（配有温度传感器和太阳能防护罩），证明了这一点。数据显示，在某些天气条件下，超声波传感器仍会产生明显的误差或漂移，而雷达设备的输出仍保持准确。
湍流，波浪或泡沫也会影响超声波传感器的性能，反射信号会散射，如果处于开放状态，风可以完全消除信号。雷达微波信号不受影响 - 发射数百万个脉冲，输出每秒更新两次 - 这意味着它们甚至可以测量波高。采用表面泡沫，较新的雷达传感器还具有聚焦和动态灵敏度，可以进行工作和测量。
雷达可提供准确，可靠的液位数据，即使容器内有传感器表面冷凝或蒸气和气体。用于能量产生和污泥处理设备的厌氧消化（AD）单元的增殖通常呈现用于水平控制的这些环境。此外，“密封”废物处理厂的新设计 - 减少城市地区的气味和促进能源生产的气体收集 - 为将来出现这些问题提供了更大的潜力。

传感器通常具有哪些功能？
紧凑型2线（4-20mA）环路供电“水”雷达通常具有2mm或5mm的精度（可提供散装固体版本），封装天线具有10°光束角（3°）选项），范围从大约8到15米（变体高达120米），它们可以具有蓝牙，Profibus，FF和HART通信，用于设置和/或数据传输，具有ATEX和IEC危险区域认证以及SIL 2一致性。
有些防水外壳采用防洪外壳（IP68至2 Bar）。基本设备可以处理高达3巴的工艺压力，温度高达80°C - 对于大多数水/环境部门来说通常是充足的（替代品可以达到400巴和400°C！）。全球水行业已经安装了数以万计的基于雷达的设备，并且采用率似乎将加速。
“ 该技术一般具有更高的精度，它非常易于使用，并且可以提供超声波仪器的卓越性能替代品 ” Jürgen说明道。

那么价格呢？
“ 超声波和雷达测量技术之间的价格差异曾经非常高。今天，雷达技术的成本是相同的，甚至更低，这取决于应用，因此它实际上是一个更好的全方位解决方案 “。
这意味着客户现在可以选择纯粹基于较佳技术，而不是价格。

面向应用
与任何面向行业的设备一样，基于应用程序的设置有助于调试的质量和速度。
“ 该行业的用户需要快速，方便地选择泵站，污泥接收和处理罐，沼气池，明渠中的流量测量以及该领域典型的其他类似应用。甚至流量曲线也可以编程到传感器本身，以进行明渠流量测量。”
提供各种安装和通信选项，使传感器易于集成到现有基础架构中。简单，用户友好的操作和处理，如蓝牙应用程序和PC通信。提供快速简单的设置和诊断。
Jürgen补充说： “测量数据可以直接传输到现有的控制单元或SCADA系统（4 ... 20 mA，Profibus PA甚至基金会现场总线），因此这使得该技术成为真正的全方位。”他总结道。
在批准以及危险区域认证方面，欧洲有一种用于露天使用的水平探测雷达（LPR）液位传感器标准。设备必须符合此标准才能在室外使用。
要求苛刻的应用中的可靠数据：以下示例显示了新传感器在水部门日常使用中的优势。
精确的明渠流量测量：在明渠中的流量测量中，精度是关键，因为指数流量计算可以放大小误差。根据Jürgen的说法，许多用户没有意识到超声波技术会产生不准确的结果。
“ 用户只需相信手册中所述的值是正确的，但实际上，这些仅适用于理想的测量条件。”
监管机构根据这些价值向企业收取污水排放量。雷达技术可以为所有相关方提供更好的测量数据。

MCERTS批准用于明渠流量测量的雷达液位测量
较近，第一个用于明渠流量测量的基于雷达的系统在MCERTS计划下获得批准 - 由英国环境局监督。对其性能，准确性和制造质量进行了评估。雷达技术是此应用的理想选择，不受温度变化的影响，在所有天气条件下均可靠，即使传感器表面有冷凝，也可提供精确的液位数据，以便计算流量。它现已通过该方案的此应用认证，并为多功能性，功能和流量测量精度提供了巨大的优势。

风暴溢流室 - 雷达没有阻塞距离，因此它在狭窄空间中的理想选择，水平安装45反射板增加了测量范围
雨水溢出和下水道流动： SWO或CSO室通常位于地下，用户可以从该技术中受益匪浅。
“ 由于雷达技术没有阻挡距离，因此测量可以持续到非常高的水位，并且传感器表面上的冷凝免疫也有助于减少误读或读数丢失 ”。Jürgen提到 另一个优势，“ 即使是洪水也不成问题，因为雷达传感器具有IP68保护选项。在所有条件下毫米测量精度也可以更准确地监测“溢出”。”

化学品储罐; 雷达可以完全安装在塑料容器外面。它增加了安全性，易于安装和操作，同时简化了使用IBC时的更改
化学品的储存：一些用于污水处理或水处理和清洁的化学品会释放出烟雾，冷凝物和蒸汽。当在靠近水道和植物的地方使用时，它们需要安全，安全的处理和测量。雷达液位测量与存在的烟雾或蒸汽一起工作，并且具有以下优点：它可以安装在塑料或GRP容器的上方/外部，俯视顶部，以提供可靠，准确的库存监控。塑料移动式IBC容器的理想解决方案，无需配件。

水雷达（图片左侧）在深水泵轴上工作，集中在水位，忽略周围的许多障碍物
泵站，湿井和井：雷达液位测量提供了优异的性能，泵轴通常很窄并且充满了许多管道，固定装置和配件，泵本身有时直接位于轴中，积聚的固体很普遍。聚焦光束和水对雷达信号的高反射率实现了可靠性。在非常深的轴上，在大型方案中可以看到，可以使用另一种传感器，只有3度光束角，范围可达120米。
开放水道洪水风险正在增加，这是由于某些地区的集中降雨量较多而其他地区的城市化程度较高。反过来，洪水水位监测，河流，水道和河口的测量也是如此。非接触式雷达液位计具有抗太阳，风，雨，雾等功能，非常实用。它们可以安装在任何地方，快速，轻松，“开放”，无需静音井或发声管，桥梁或桥下，并对现有装置进行改造。

雷达水平测量技术安装在河上的桥上，安装简单，有两个固定装置。没有大风或温度梯度的影响，也没有导管或淤塞。12米范围，由电池记录器驱动，安装在一个谨慎，坚固的管中。每15分钟测量一次，使用相同的电池工作3年以上。用户报告零维护，在所有条件下100％准确的数据。

展望
随着稀缺和洪水的矛盾，水和洪水水位的监测，供应和污水处理将在未来继续增长，并将始终对技术提出新的挑战。
在不同的环境市场中满足这些需求本身就是一个挑战：在欧洲 - 现有工厂的升级，寻找较新技术自动化等，而在中国和巴西等国家，正在建造新的污水处理厂，较近的现场总线通信日常'。
新的雷达液位计测量技术设备具有更高的可靠性和性能，基于应用的设置，蓝牙设置以及价格竞争力 - 为传统传感器提供了一种真正的替代方案，可以选择基于技术的选择，而不仅仅是价格。
“ 通过这种有能力的核心技术可以很快满足未来的市场和环境要求” Skowaisa总结道，“ 我相信雷达仪器将在实现这一目标方面发挥重要作用。”