Radar 80 GHz vs 6/25 GHz trong đo mức công nghiệp: Giải pháp tối ưu cho bồn nhỏ, bọt dày và case study SITRANS LR110/LR120 tại bồn hóa chất PVDF

Giới thiệu: Xu hướng mới trong đo mức công nghiệp

Trong các ngành công nghiệp hiện đại, từ hóa chất, dầu khí, thực phẩm – đồ uống đến xử lý nước thải, yêu cầu về đo mức chính xác, ổn định và an toàn ngày càng trở nên khắt khe.

Nếu như cách đây 20 năm, radar 6 GHz từng được xem là chuẩn mực trong đo mức tank lớn, thì ngày nay, radar 80 GHz đang dần trở thành xu hướng chủ đạo, đặc biệt trong bồn nhỏ, bồn có nhiều chướng ngại hoặc môi trường có bọt/hơi.

Tuy nhiên, câu hỏi thường gặp của kỹ sư đo lường là:

• Khi nào chọn radar 80 GHz?
• Khi nào radar 6/25 GHz vẫn tốt hơn?
• Tại sao siêu âm sai số lớn khi nhiệt độ/hơi thay đổi?
• GWR nên chọn thế nào khi cần đo giao diện?

Để trả lời, chúng ta cần phân tích cả về nguyên lý vật lý, số liệu đo kiểm và kinh nghiệm thực tế.

[Hình minh họa: Ảnh SITRANS LR110/LR120 – radar 80 GHz dùng trong bồn hóa chất]

1. Nguyên lý hoạt động: Radar, siêu âm và vai trò tần số

1.1 Radar đo mức

Radar sử dụng sóng vi ba để xác định khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt chất lỏng hoặc rắn rời. Có 2 công nghệ chính:

• Pulse Radar (xung): đo thời gian truyền – phản xạ.
• FMCW Radar (sóng liên tục điều tần): đo độ lệch tần số, cho độ chính xác cao hơn.

1.2 Vai trò của tần số

• Radar 6 GHz: bước sóng dài (~50 mm), xuyên tốt qua hơi/bụi → phù hợp silo xi măng, than, dầu thô.
• Radar 25 GHz: trung hòa giữa độ xuyên và độ chính xác.
• Radar 80 GHz: bước sóng ngắn (~4 mm) → cho chùm tia hẹp (3–8°), vùng mù gần 0 m, anten nhỏ gọn, cực kỳ phù hợp bồn nhỏ, hẹp, nhiều chướng ngại.

[Hình minh họa: So sánh góc phát sóng radar 6 GHz – 25 GHz – 80 GHz]

2. Phân tích vật lý: Tại sao 80 GHz chính xác hơn?

2.1. Góc chùm tia

Theo công thức vật lý:

θ≈λD\theta \approx \frac{\lambda}{D}

θ≈Dλ​

• λ = bước sóng
• D = đường kính anten

Radar 80 GHz có λ = 4 mm → chùm tia hẹp hơn nhiều so với radar 6/25 GHz, ngay cả khi dùng anten nhỏ. Điều này giúp tín hiệu ít bị nhiễu bởi thành bồn hay ống khuấy.

2.2. Vai trò hằng số điện môi (Dielectric constant – εr)

Độ phản xạ radar phụ thuộc εr của chất lỏng:

• Nếu εr < 2 (dầu nhẹ, dung môi hữu cơ) → tín hiệu yếu.
• Nếu εr > 10 (nước, acid, dung dịch muối) → tín hiệu mạnh.

Radar 80 GHz nhạy hơn với bề mặt có εr thấp, nhờ độ phân giải cao.

2.3. Hạn chế với bọt/hơi

• Bọt khô (dry foam): phản xạ như một bề mặt giả → radar 80 GHz vẫn đo tốt.
• Bọt ướt (wet foam): hấp thụ vi sóng, gây suy hao. Với foam > 5 cm, cần chuyển sang GWR.
• Hơi acid, hơi nóng: radar 80 GHz ít bị ảnh hưởng so với siêu âm, do vi sóng không phụ thuộc vào vận tốc âm thanh.

[Hình minh họa: Cơ chế phản xạ radar trong bọt ướt và bọt khô]

3. So sánh chi tiết Radar 80 GHz vs 6/25 GHz

👉 Kết luận: Radar 80 GHz không thay thế hoàn toàn 6 GHz, mà bổ sung: 6 GHz cho tank lớn nhiều hơi/bụi, 80 GHz cho bồn nhỏ/khó.

4. Sai số siêu âm: Vai trò của nhiệt độ và hơi

4.1. Cơ chế đo siêu âm

Siêu âm đo mức dựa vào vận tốc âm thanh trong không khí:

d=v⋅t2d = \frac{v \cdot t}{2}

d=2v⋅t​

Trong đó:

• v = vận tốc âm thanh (~343 m/s ở 20°C)
• t = thời gian truyền/nhận

4.2. Ảnh hưởng nhiệt độ

• Vận tốc âm tăng ~0.6 m/s cho mỗi °C.
• Nếu không bù nhiệt độ, sai số có thể đạt ±1% độ cao bồn.

4.3. Ảnh hưởng hơi & áp suất

• Hơi nóng (ví dụ acid HCl, NaOH) làm thay đổi mật độ môi trường.
• Áp suất cao → vận tốc âm khác biệt đáng kể.
• Kết quả: siêu âm dễ mất tín hiệu hoặc đo sai trong bồn hóa chất/hơi nóng.

👉 Đây chính là lý do nhiều nhà máy chuyển từ siêu âm sang radar 80 GHz.

[Hình minh họa: Biểu đồ vận tốc âm theo nhiệt độ]

5. Khi nào chọn GWR (Guided Wave Radar) đo giao diện?

5.1. Nguyên lý

GWR dẫn sóng vi ba theo cáp hoặc que, phản xạ tại giao diện chất lỏng.

5.2. Ưu điểm

• Đo tốt trong bọt dày, khuấy mạnh.
• Đo giao diện 2 lớp (oil/water, acid/solvent).
• Không bị ảnh hưởng bởi hơi, áp suất.

5.3. Checklist chọn GWR

• Có bọt dày > 5 cm? → GWR.
• Có cần đo giao diện? → GWR.
• Bồn cao nhưng đường kính nhỏ? → GWR hoặc 80 GHz.
• Có ăn mòn mạnh? → chọn que phủ PTFE hoặc cáp inox 316L.

[Hình minh họa: Sơ đồ đo giao diện bằng GWR]

6. Case study trong nước: SITRANS LR110/LR120 tại bồn hóa chất PVDF

6.1. Bối cảnh

• Nhà máy hóa chất, bồn PVDF cao 3 m, đường kính 1.2 m.
• Chứa acid ăn mòn, hơi mạnh, bọt nhẹ.
• Trước đây dùng siêu âm: sai số ±50–100 mm, mất tín hiệu 3–5 lần/tuần.

6.2. Giải pháp

• Thay bằng Radar 80 GHz Siemens SITRANS LR120.
• Anten PVDF chống ăn mòn.
• Dải đo 8 m, độ chính xác ±2 mm.
• Cấu hình nhanh qua Bluetooth (Mobile IQ).

[Hình minh họa: Ảnh lắp đặt LR120 trên bồn PVDF]

6.3. Kết quả đo kiểm

• Trước: tín hiệu dao động ±50 mm.
• Sau: tín hiệu ổn định ±2–3 mm.
• Không mất tín hiệu trong 3 tháng liên tục.

[Biểu đồ minh họa: So sánh tín hiệu siêu âm trước đây vs radar 80 GHz]

6.4. ROI và TCO

• Bảo trì: giảm từ 12 lần/năm → 2 lần/năm.
• Dừng máy: tiết kiệm 5 giờ sản xuất/tháng.
• ROI: hoàn vốn sau 12 tháng.
• MTBF (Mean Time Between Failure): tăng từ ~2 năm (siêu âm) → >5 năm (radar).
• TCO (Total Cost of Ownership) trong 5 năm: giảm 35%.

👉 Đây là minh chứng rõ ràng rằng radar 80 GHz không chỉ chính xác mà còn kinh tế dài hạn.

7. Xu hướng toàn cầu: Radar 80 GHz thay thế dần 6/25 GHz

Theo báo cáo từ ARC Advisory Group và Siemens, hơn 60% ứng dụng mới trong ngành hóa chất & thực phẩm từ 2023 đã chuyển sang radar 80 GHz.

Lý do:

• Chi phí giảm: trước đây radar 80 GHz đắt gấp đôi, nay chỉ còn cao hơn 10–20%.
• Kích thước nhỏ: dễ thay thế siêu âm trong bồn nhỏ.
• Chuẩn IoT/IIoT: nhiều model có Bluetooth, kết nối app, dễ tích hợp Smart Factory.

👉 Dự báo đến 2030, radar 80 GHz sẽ chiếm >70% thị trường radar đo mức toàn cầu.

[Hình minh họa: Biểu đồ xu hướng sử dụng radar 6/25 GHz và 80 GHz đến 2030]

8. Câu hỏi thường gặp

Q1. Radar 80 GHz có thay thế hoàn toàn radar 6 GHz không?
→ Không. 6 GHz vẫn tối ưu cho silo bụi dày, tank lớn nhiều hơi.

Q2. Radar 80 GHz có cần ống tĩnh (stilling well) không?
→ Chỉ khi có bọt ướt dày hoặc bồn khuấy mạnh.

Q3. SITRANS LR110 khác gì LR120?
→ LR110: ứng dụng cơ bản, dải đo ngắn. LR120: dải đo xa, chống hóa chất, chính xác cao.

Q4. Có thể dùng radar 80 GHz cho dầu nhẹ (εr thấp)?
→ Có, nhờ độ phân giải cao. Nhưng nên thử nghiệm thực địa để xác nhận.

Q5. ROI thực tế thế nào?
→ Trung bình hoàn vốn sau 12–18 tháng, nhờ giảm bảo trì và dừng máy.

Mua cảm biến Radar

Bạn đang gặp vấn đề mất tín hiệu, sai số lớn, bảo trì tốn kém với bồn nhỏ hoặc hóa chất ăn mòn?

👉 Giải pháp: Radar 80 GHz Siemens SITRANS LR110/LR120 – đo chính xác ±2 mm, bền bỉ, ROI < 1 năm.

📞 Gọi ngay 0888-789-688 để nhận tư vấn và báo giá chi tiết.
📌 Dòng sản phẩm: LR110, LR120 – giải pháp radar 80 GHz cho công nghiệp hiện đại.