Radar vs Ultrasonik untuk Pengukuran Level Air

1. Perbedaan dalam Metode Pengukuran Fisik dan Prinsip Operasi untuk Pengukuran Tingkat Industri

Dalam teknik hidrolik, sistem air kota, dan kendali proses industri, pengukuran tingkat terus-menerus adalah komponen inti pemantauan otomatis dan sistem akuisisi data seperti SCADA. Meskipun tingkat air radarnya meter dan tingkat air ultrasonik keduanya dapat memberikan standar 4-20 mA keluaran analog atau RS-485 Modbus sinyal digital RTU, ada perbedaan mendasar dalam mekanisme transmisi gelombang fisik mereka.

1. 1 Radar Air Level Meter: Tinggi Frekuensi Electromagnetic Wave Transmission Mechanism

Radar tingkat air meter, termasuk radar gelombang non-kontak / FMCW dan radar gelombang dipandu (GWR), beroperasi berdasarkan penyebaran gelombang elektromagnetik. Antena radar memancarkan gelombang elektromagnetik berfrekuensi tinggi, biasanya 26 GHz atau 80 GHz microwaves, atau frekuensi tinggi TDR pulses. Gelombang elektromagnetik ini perjalanan melalui udara atau sepanjang jalur pengukuran di sekitar kecepatan cahaya, sekitar 3 x 10⁸ m/s.

Ketika gelombang elektromagnetik mencapai permukaan cairan diukur, bagian dari gelombang tercermin karena diskontinuitas konstan dielektrik antara udara dan medium diukur. Gelombang tercermin diterima oleh antena. Sistem menghitung jarak D dari pesawat referensi sensor ke permukaan cair dengan mengukur perbedaan waktu antara transmisi dan penerimaan, menggunakan waktu - domain reflectometri (TDR) atau sering-modulated terus-gelombang (FMCW) teknologi:

D = (c × Δt) / 2

Karena penyebaran gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium gas sebagai pembawa transmisi, meter permukaan air radar juga dapat beroperasi secara normal di ruang hampa udara. Kecepatan penyebaran mereka tidak terpengaruh oleh kepadatan gas, suhu, tekanan, atau konsentrasi uap.

Proses Pengukuran Radar

Langkah 1 - Transmission:Antena radar memancarkan gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi.

Langkah 2 - Propagasi:Gelombang elektromagnetik perjalanan di sekitar kecepatan cahaya dan tidak membutuhkan udara atau media gas lain sebagai pembawa penyebaran.

Langkah 3 - Refleksi:Ketika gelombang elektromagnetik mencapai permukaan cair, bagian dari sinyal tercermin karena perbedaan dalam dielectric continury antara udara dan medium diukur.

Langkah 4.Antena radar menerima sinyal gema terpantul.

Langkah 5 - Perhitungan Jarak:Instrumen menghitung perbedaan waktu penyebaran dan menentukan jarak menggunakan

D = (c × Δt) / 2.

1. 2 Ultrasonic Water Level Meter:

Ultrasonic level meter air menggunakan efek elektritik kristal piezoelectric untuk menghasilkan gelombang suara frekuensi tinggi, biasanya gelombang mekanis dalam kisaran 20 kHz-200 kHz. Gelombang suara menyebar ke bawah melalui udara dengan kecepatan v suara Ketika mereka mencapai permukaan cair, sebuah refleksi akustik dihasilkan karena diskontinuitas dalam impedansi akustik. Transducer, atau probe, menerima gema dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Jarak dihitung menggunakan rumus berikut:

D = (v × Δt) / 2

Gelombang suara adalah gelombang mekanis, dan penyebaran mereka tergantung berat pada transfer energi melalui tabrakan antara molekul gas. Kecepatan suara v di udara secara signifikan dipengaruhi oleh suhu gas. Formula kecepatan perkiraan untuk udara yang ideal adalah:

v ≈ 331.5 + 0.607 × T (m/s)

dimana T adalah suhu ambient dalam derajat Celsius (° C). Meskipun industri ultrasonik tingkat pemancar biasanya termasuk built di PT100 suhu sensor kompensasi, variasi dalam kecepatan akustik masih dapat menyebabkan pengukuran kesalahan di luar ruangan atau lingkungan industri mana suhu gradien, stratifikasi gas, atau kecepatan angin tinggi hadir.

Proses Pengukuran Ultrasonik

Langkah 1 - Transmission:Transducer piezoelektrik memancarkan gelombang suara berfrekuensi tinggi.

Langkah 2 - Propagasi:Gelombang suara berjalan melalui udara atau media gas lain dengan kecepatan suara lokal.

Langkah 3 - Refleksi:Ketika gelombang suara mencapai permukaan cair, perbedaan akustik menghambat menyebabkan bagian dari energi suara untuk dipantulkan.

Langkah 4.Transducer menerima pantulan akustik gema dan mengubahnya menjadi sinyal listrik.

Langkah 5 - Perhitungan Jarak:Instrumen menerapkan kompensasi suhu ke kecepatan suara dan menghitung jarak menggunakanD = (v × Δt) / 2.

2. Perbandingan Parameter Teknik Kunci dan Batas Operasi

Untuk mencapai seleksi peralatan yang akurat untuk pengukuran industri dan aplikasi pemantauan hidrolik, meja berikut membandingkan parameter teknis dari METRAVON tingkat radar industri meter dan tingkat air ultrasonik di bawah menuntut kondisi operasi:

3. Analisis Interferensi dari Faktor Lingkungan Kompleks

3. 1 Variabel Density Gas, Debu dan Vapor

Meteran Ketinggian Air Ultrasonik:Ketika gelombang suara melewati konsentrasi tinggi debu, seperti yang ditemukan di silo semen atau saluran tambang, atau melalui konsentrasi tinggi uap air, seperti dalam menara pendingin tanaman atau tangki pencampuran aspal, sejumlah besar energi akustik dapat tersebar dan diserap oleh partikel ditangguhkan. Hal ini menyebabkan detenuation sinyal parah dan bahkan mungkin mengakibatkan kerugian echo lengkap. Selain itu, jika gas stratifikasi atau kepadatan gas yang tidak seimbang ada di dalam kapal, refraksi akustik mungkin terjadi karena perubahan kecepatan suara, menghasilkan besar sistematis pengukuran kesalahan.

Radar Air Level Meter:Microwave memiliki kemampuan penyebaran yang kuat dan tidak secara fisik terpengaruh oleh debu, uap air, atau kabut ditangguhkan. Ciri-ciri penyebaran radar gelombang 80 milimeter GHz memungkinkan cairan-permukaan refleksi akan diandalkan dikembalikan bahkan di bawah sangat berdebu atau uap kondisi operasi jenuh.

3. 2 Liquid Permukaan Gelombang dan Turbulensi

Meteran Ketinggian Air Ultrasonik:Ketika gelombang suara mekanis menghadapi parah fluktuasi permukaan cair atau permukaan cair ditutupi dengan jumlah besar busa, refleksi difusi dapat terjadi. Akibatnya, sebagian besar energi akustik terpantul tidak dapat kembali ke probe sepanjang jalur penyebaran asli, berpotensi menyebabkan alarm zona buta atau kehilangan pengukuran.

Radar Air Level Meter:Transmitter radar frekuensi-tinggi mengintegrasikan algoritma pelacakan dinamis canggih seperti penekanan gema dan penyaringan gaung. Bahkan ketika permukaan cair bergulir, turbulen, atau ditutupi dengan busa cahaya, METRAVON radar meter air masih dapat mengidentifikasi dan melacak cairan sejati-permukaan gema dari suara latar belakang.

3. 3 Internal Tank Structures dan Instalasi Sudut Beam

Sudut sinar dari pemancar ultrasonik biasanya antara 6 ° dan 12 °, berarti bahwa energi menular relatif tersebar. Ketika tulang rusuk penguatan, pipa, tangga, pompa, atau struktur internal lainnya ada di dalam tangki atau mengukur dengan baik, gelombang suara dapat dengan mudah mencerminkan dari hambatan ini dan menghasilkan sinyal tingkat palsu.

METRAVON 80 GHz radar tingkat air meter dapat mengurangi sudut transmisi sinar ke sekitar 3 °. Sinar yang sangat terkonsentrasi dan sangat sempit dapat lebih mudah menghindari struktur tank internal dan mengait nozzles, perjalanan langsung menuju permukaan cairan, dan secara signifikan mengurangi instalasi-ruang pembatasan lapangan.

4. Rekomendasi Pilihan untuk Aplikasi Industri Tipikal

Selama pengadaan teknik dan rancangan proyek, teknologi yang sesuai harus dipilih sesuai dengan karakteristik medium, ruang instalasi yang tersedia, dan anggaran proyek:

Proses Pemilihan Pengukuran Tingkat

Langkah 1 - Evaluasi Lingkungan Proses:Menentukan apakah aplikasi melibatkan debu, uap, suhu tinggi, tekanan tinggi, ruang instalasi terbatas, atau media berlistrik rendah.

Langkah 2 - Kondisi Industri Harsh:Untuk debu tinggi, uap berat, suhu tinggi, atau tekanan tinggi, pilih80 GHz non-kontak radar tingkat pemancar, seperti METRAVON R- 80 Series.

Langkah 3 - Terbatas Ruang atau Konstan Dielektrik Rendah:Untuk kapal kecil, ruang terbatas, atau media konstant rendah, pertimbangkanlahradar gelombang dipandu (GWR), seperti METRAVON GWR-70.

Langkah 4 - Air Umum dan Aplikasi Open- Channel:Untuk suhu udara-suhu, atmosfer tekanan air aplikasi tanpa uap parah atau gangguan lingkungan,meter tingkat air ultrasonik, seperti METRAVON UT- 20, dapat memberikan solusi yang efektif biaya.

4. 1 Aplikasi Dimana Ultrasonic Air Level Meters Disukai

Penggambaran saluran pembuangan dan hidrolik pengukuran aliran:Di flumes terbuka Parshall, Weirs segitiga, dan aplikasi pemantauan tingkat air sungai tanpa gangguan uap, tingkat permukaan air ultrasonik menawarkan kinerja yang sangat mahal. Instalasi non-kontak mereka juga menghilangkan korosi- kebutuhan pemeliharaan terkait.

Ambient- suhu, atmosfer tekanan air tank dan membersihkan - waduk air:Untuk membersihkan baskom air, tangki air api, dan saluran irigasi pertanian tanpa fluktuasi suhu parah atau aksi gelombang yang kuat, teknologi ultrasonik dapat menyediakan pengukuran yang stabil dan dapat diandalkan saat mengendalikan biaya keseluruhan proyek.

4. 2 Aplikasi Dimana Radar Air Level Meters Disukai

Pertambangan dan pemakaman. Industri kapal penyimpanan berdebu:Lingkungan tinggi debu dapat menyebabkan pengukuran ultrasonik gagal sepenuhnya. Sebuah pemancar tingkat radar 80 GHz adalah pilihan standar untuk pengukuran terus-menerus dalam aplikasi debu tinggi.

Asphold mencampur tank, tangki penyimpanan hidrokarbon, dan kolam penyimpanan kimia:Untuk senyawa organik volatile (VOCs), konsentrasi tinggi uap, dan tinggi suhu lingkungan di atas 80 ° C, tingkat permukaan air radarnya meter tidak terpengaruh oleh perubahan properti refractive uap dengan cara yang sama seperti instrumen ultrasonik.

Persempit sumur dalam dan reaktor dengan penghasut kompleks:Sudut sinar sempit dari 80 GHz radar memungkinkan sinyal untuk melewati ruang terbatas dan mencapai permukaan cair sementara menghindari gema palsu yang dihasilkan oleh pisau agitator.

Lower-dielectric- konstan cairan seperti gas cair dan produk minyak ringan:Pilih rambu radar gelombang METRAVON tingkat meter air (GWR). Dengan memfokuskan energi gelombang elektromagnetik sepanjang probe logam, ukuran milimeter- tingkat terus menerus dapat dicapai dalam aplikasi dengan konstanta dielektrik serendah sekitar 1. 4.

FAQ

Q1: Mengapa pengukuran tingkat air ultrasonik berbeda antara siang dan malam ketika instrumen dipasang di luar ruangan?

A:Penyebab langsung adalah kompensasi tidak efektif untuk gradien suhu udara. Ukuran Ultrasonik tergantung pada kecepatan suara, dan kecepatan perubahan suara dengan suhu. Untuk setiap peningkatan suhu 1 ° C, kecepatan suara meningkat dengan sekitar 0. 6 m / s. Meskipun sensor memiliki built-dalam unsur kompensasi suhu, kompensasi mungkin menjadi tidak akurat ketika radiasi matahari langsung memanaskan perumahan probe sehingga suhu sensor internal secara signifikan lebih tinggi dari suhu udara sebenarnya sepanjang jalur penyebaran akustik. Hal ini dapat mengakibatkan deviasi pengukuran.

Rekomendasi Pengadaan:Tingkat air tingkat ultrasonik luar harus dilengkapi dengan perisai radiasi matahari. Untuk tinggi akurasi aplikasi pemantauan hidrogen, sebuah METRAVON 80 GHz radar meter air, yang tidak terpengaruh oleh udara suhu lapangan dengan cara yang sama, direkomendasikan.

Q2: Bagaimana konstanta dielektrik rendah, atau syurr rendah, mempengaruhi meter tingkat air radar, dan bagaimana masalah dapat diatasi?

A:Konstan dielektrik menentukan proporsi energi elektromagnetik terpantul dari permukaan sedang. Ketika konstan dielektrik sangat rendah, seperti diesel dengan Caspar sekitar 2. 1 atau gas cair dengan Caspar sekitar 1. 4, proporsi besar dari energi microwave non-kontak dapat menembus medium bukannya sedang dipantulkan. Ini melemahkan sinyal tercermin dan mungkin membuatnya sulit bagi penerima elektronik untuk mengidentifikasi gema yang benar.

Kondisi Solusi dan Pemilihan:

Pilih meter radar METRAVON 80 GHz dengan energi terkonsentrasi.

Pilih sebuah pelacak gelombang gelombang METRAVON (GWR), yang menggunakan probe coaxial atau tipe probe untuk memandu gelombang elektromagnetik dan meminimalkan kehilangan energi.

Q3: Dapatkah radar tingkat air meter sepenuhnya menggantikan tingkat air ultrasonik meter?

A:Dari sudut pandang teknis, teknologi radar dapat memberikan penggantian fungsional yang lengkap. Radar tingkat air meter menyediakan keuntungan akurasi, suhu dan tekanan hambatan, hambatan terhadap gangguan lingkungan seperti debu, uap, angin, dan variasi suhu, dan beam-sudut kontrol.

Rekomendasi Pengadaan:Pemilihan peralatan harus menyeimbangkan kebutuhan teknis terhadap anggaran proyek. Ultrasonic permukaan air meter mempertahankan keuntungan yang signifikan dalam aplikasi air biasa beroperasi pada suhu ambient dan tekanan atmosfer tanpa gangguan uap. Jika anggaran proyek cukup atau kondisi operasi menuntut, meningkatkan sistem pengukuran lengkap ke tingkat radar meter air harus dipertimbangkan.

Q4: Tipe meter air mana yang menyediakan pengukuran yang lebih stabil dalam tangki pengolahan air limbah dengan sejumlah besar busa?

A:Foam dapat menyerap baik akustik dan energi microwave. Namun, radar gelombang dipandu (GWR) umumnya menyediakan stabilitas terbesar dalam aplikasi ini karena probe gelombang dipandu dapat lulus langsung melalui lapisan busa permukaan dan mengukur antarmuka cairan sejati di bawah menggunakan sinyal elektromagnetik berfrekuensi tinggi. Jika pengukuran non-kontak wajib, radar dengan frekuensi tinggi 80 GHz dengan algoritma pelacakan multi- echo harus dipilih. Tingkat air Ultrasonik meter lebih mungkin untuk kehilangan sinyal karena refleksi difusi dalam kondisi ini.

Q5: Dampak praktis apa yang dimiliki zona buta pada pengukuran tingkat?

A:Zona buta adalah jarak minimum langsung di bawah sensor probe di dalam pengukuran efektif tidak dapat dilakukan. Karena transducer dering-down waktu, tingkat air ultrasonik biasanya memiliki zona buta relatif besar sekitar 0. 25 m-0. 8 m. Jika tingkat cairan naik ke zona ini, sensor dapat menghasilkan sinyal skala penuh yang salah, menciptakan kemungkinan tank- overflow risiko. Radar tingkat air meter umumnya memiliki zona buta yang jauh lebih kecil, biasanya sekitar 0. 05 m-0. 1 m, yang secara signifikan dapat meningkatkan kapasitas storage- tank yang dapat digunakan.

Q6: Bagaimana seharusnya teknologi ultrasonik dan radar dipilih untuk aplikasi pengukuran saluran terbuka seperti pita Parshall?

A:Pilih meter tingkat air ultrasonik di bawah kondisi berikut: badai kota atau saluran air limbah terbuka tanpa uap air yang signifikan, tanpa angin yang kuat, dan anggaran proyek terbatas.

Pilih meter permukaan air radar di bawah kondisi berikut: debit limbah industri yang melibatkan perbedaan suhu dan uap air, saluran sungai berkecepatan tinggi, atau reservoir luar yang sangat terpengaruh oleh angin.

Rekomendasi Pengadaan:Untuk proyek pemantauan kunci yang dioperasikan oleh otoritas air atau taman industri, sebuah radar METRAVON membuka sistem pengukuran saluran saluran saluran arus disarankan untuk meningkatkan kelanjutan data pemantauan yang diunggah dan dukungan kesesuaian regulasi.

Q7: Bagaimana seharusnya dipandu radar gelombang (GWR) dan radar frekuensi tinggi non-kontak dipilih?

A: Radar Gelombang Panduan:Cocok untuk media yang mendalam atau perekat, cairan konstan yang sangat rendah, tangki sempit dengan agitasi yang parah, atau pengukuran antarmuka cair yang kuat seperti ukuran yang rendah pada tangki.

Tidak-Kontak Radar:Cocok untuk cairan yang sangat korosif di mana korosi probe harus dihindari, kental atau mengkristal media, dan makanan higienis atau tangki penyimpanan farmasi mana langsung probe kontak dengan media tidak diperbolehkan.

Kesimpulan

Tidak ada keunggulan mutlak antara radar tingkat air meter dan ultrasonik tingkat air meter. Pertimbangan kunci adalah pencocokan prinsip pengukuran ke kondisi operasi yang sebenarnya. Karena efektivitas tinggi mereka, tingkat air meter ultrasonik tetap solusi praktis untuk aplikasi terbuka saluran air biasa dan tangki air konvensional beroperasi pada suhu ambien dan tekanan atmosfer. Radar tingkat air meter, terutama tinggi frekuensi 80 GHz microwave radar dan bimbingan radar teknologi gelombang, telah menjadi alat pengukuran kritis untuk proses industri kompleks, kapal penyimpanan berbahaya, dan tinggi akurasi pengawasan hydrological karena mereka kuat hambatan fisik untuk campur tangan dari suhu, kelembaban, tekanan, uap, dan debu.

Sebagai penyedia pengukuran proses industri dan pengawasan hidrolik solusi, METRAVON menawarkan rentang produk lengkap meliputi radar frekuensi 80 GHz tinggi, radar gelombang dipandu, dan transmitter tingkat ultrasonik industri. METRAVON juga menyediakan pilihan peralatan disesuaikan dan dukungan integrasi sinyal untuk kondisi operasi yang kompleks. Untuk mengoptimalkan solusi pengukuran tingkat Anda atau memperoleh spesifikasi teknis rinci dan harga proyek, silakan hubungi tim teknik Metro.

Sumber daya terkait

Tingkat meter Radar · Ukuran Tingkat

Penulis: Arvin Sumber: Instruksi METRAVON