レーダー対超音波水位測定

1。 物理測定機構と産業レベル測定の動作原理の違い

油圧工学、自治体の水システムおよび産業プロセス制御では、連続的なレベル測定はSCADAのような自動監視およびデータ収集システムの中心の部品です。 レーダーの水位メートルおよび超音波水位メートルは両方標準的な4-20 mAのアナログの出力かRS-485 Modbus RTUのデジタル信号を提供できますが、基礎的な相違は彼らの根本的な物理的な波伝達メカニズムにあります。

1。 1つのレーダーの水位メートル:高周波電磁波伝達メカニズム

非接触の脈拍/FMCWのレーダーおよびガイドされた波のレーダー(GWR)を含むレーダー水位メートルは、電磁波の伝搬に基づいて作動します。 レーダーのアンテナは高周波電磁波、普通26のGHzか80のGHzのマイクロウェーブ、または高周波TDRの脈拍を送信します。 これらの電磁波は、約3×10の光の速度で空気または測定パスに沿って移動します⁸ m/s.

電磁波が測定された液体の表面に達すると、空気と測定媒体間の誘電率の不連続性のために、波の一部が反映されます。 アンテナで反射した波が届きます。 システムは時間ドメイン反射法(TDR)または周波数変調連続波(FMCW)技術を使用して、伝送と受信の間の時間差Δtを測定することにより、センサー参照平面から液体表面への距離Dを計算します。

D = (c × Δt) / 2

電磁波伝搬は伝送キャリアとして気体媒体を必要としないため、レーダー水位計は真空中でも動作可能です。 ガス密度、温度、圧力、蒸気濃度の影響を受けません。

レーダー測定プロセス

ステップ1 - トランスミッション:レーダーアンテナは高周波電磁波を放射します。

ステップ2 - 伝播:電磁波は、約速度で走行し、伝搬キャリアとして、空気やガス媒体を必要としません。

ステップ3 - 反射:電磁波が液体表面に達すると、空気と測定媒体間の誘電定数の εr の違いのために、信号の一部が反映されます。

ステップ4 - 受付:レーダーのアンテナは反映されたエコー信号を受け取ります。

ステップ5 - 距離計算:器械は伝搬時間の相違Δtを計算し、使用の間隔を定める

D = (c × Δt) / 2.

1。 2 超音波水位メートル: 高周波機械音響波のメカニズム

超音波水位メートルは圧電気の水晶の電位効果を使用して高周波音を、通常20 kHz〜200 kHzの範囲の機械波発生させます。 音波は、音のvの速度で空気を通るのを促進します。 液体表面に到達すると、アコースティックインピーダンスの中止によりアコースティックリフレクションが生成されます。 トランスデューサー、プローブ、エコーを受け取り、電気信号に変換します。 以下の式で距離を計算します。

D = (v × Δt) / 2

音波は機械的波であり、その伝搬は、ガス分子間の衝突によるエネルギー伝達に大きく依存します。 空気中の音Vの速度は、ガス温度の影響を受けます。 理想的な空気のための近似伝搬速度式は次のとおりです。

v ≈ 331.5 + 0.607 × T (m/s)

Tは摂氏温度(°C)の周囲温度です。 工業用超音波レベルの送信機は、通常、内蔵PT100温度補償センサーが含まれていますが、音響速度の変動は、温度勾配、ガス硬化、または高風速が存在する屋外または産業環境の測定エラーを引き起こす可能性があります。

超音波測定プロセス

ステップ1 - トランスミッション:圧電トランスデューサーは高周波メカニカルサウンドを放ちます。

ステップ2 - 伝播:音波は、音の局所速度で空気または他のガス媒体を通過します。

ステップ3 - 反射:音波が液体表面に到達すると、音響インピーダンスの違いは、音のエネルギーの一部が反映される。

ステップ4 - 受付:トランスデューサーは、反射した音響エコーを受け取り、電気信号に変換します。

ステップ5 - 距離計算:楽器は、音速への温度補償を適用し、使用距離を計算しますD = (v × Δt) / 2.

2。 主要な工学変数および操作限界の比較

産業測定および油圧監視の適用のための正確な装置の選択を達成するために、次のテーブルは要求する操作条件の下のMETRAVON産業レーダー水位メートルおよび超音波水位メートルの技術的な変数を比較します:

3。 複雑な環境要因からの干渉の分析

3。 1 ガス密度の変化、塵および蒸気

超音波水位メートル:健全な波がセメントのサイロか鉱山チャネルで見つけられるか、または発電所の冷却塔かアスファルト混合タンクのような水蒸気の高い集中を通して塵の高濃度を通るとき、大量の音響エネルギーは中断された粒子によって散らばらせ、吸収することができます。 これは、重度の信号減衰を引き起こし、さらに完全なエコー損失を引き起こす可能性があります。 また、容器内にガスを焼くか、不均等なガス密度が存在する場合、音響速度の変化による音響屈折が起こり、著しい系統的な測定誤差が生じます。

レーダーの水位のメートル:マイクロウェーブは強い伝搬能力を持ち、ほこり、水蒸気、または吊り下げられた霧によって物理的に影響されません。 80 GHz ミリ波レーダーの伝搬特性により、液体表面反射を非常にほこりや蒸気飽和動作条件下でも確実に返すことができます。

3。 2 液体の表面波およびタービン

超音波水位メートル:メカニカルな音波が重く変動する液面や、大量の泡で覆われた液体面に遭遇すると、拡散反射が発生します。 その結果、反射した音響エネルギーのほとんどは、元の伝搬経路に沿ってプローブに戻り、盲点警報や測定の損失を引き起こします。

レーダーの水位のメートル:高周波レーダー送信機は、エコー抑制や偽エコーフィルタリングなどの高度な動的追跡アルゴリズムを統合します。 液体の表面が転がり、泥炭化物、または軽い泡で覆われているときでさえ、MeTRAVONのレーダー水位メートルは残余騒音から実質の液体表面エコーを識別し、追跡できます。

3。 3内部タンクの構造および設置ビーム角

超音波送信機のビーム角は、送信されたエネルギーが比較的分散していることを意味し、通常、6°と12°の間です。 補強の肋骨、管、梯子、ポンプ、または他の内部構造がタンク内で存在するか、または井戸を測定するとき、音波はこれらの障害物から容易に反映し、偽のレベルの信号を発生できます。

METRAVON 80 GHz レーダーの水位メートルはおよそ 3° に伝達ビーム角を減らすことができます。 非常に濃縮され、非常に狭いビームは、内部タンク構造と狭い取り付けノズルを避け、液体表面に直接移動し、フィールドアプリケーションのインストールスペースの制限を大幅に削減することができます。

4。 典型的な産業適用のための選択の推薦

エンジニアリングの調達とプロジェクト設計中、適切な技術は、中型特性、利用可能なインストールスペース、およびプロジェクト予算に応じて選択する必要があります。

レベル測定選択プロセス

ステップ1 - プロセス環境の評価:厳しい塵、蒸気、高温、高圧、制限された設置スペース、または低誘電防止媒体を含むかどうかを決定します。

ステップ2 - ハーシュ産業条件:高い塵、重い蒸気、高温、または高圧のために、選んで下さい80 GHz 非接触レーダーレベルの送信機METRAVON R-80シリーズなど

ステップ3 - 制限されたスペースまたは低誘電率:小さな容器、限られたスペース、または低誘電性コンスタントメディアの場合、考慮ガイドされた波レーダー(GWR)METRAVON GWR-70 など

ステップ4 - 一般的な水とオープンチャネルアプリケーション:周囲温度のために、重度の蒸気または環境の干渉なしで大気圧水の適用は、超音波水位メートルMETRAVON UT-20のような、費用効果が大きい解決を提供できます。

4。 超音波水位メートルが優先される1の適用

市街地の排水および油圧開いたチャネルの流れの測定:開いたパーシャルの煙、三角のダムおよび蒸気の干渉のない川の水レベルの監視の適用では、超音波水位メートルは優秀な費用性能を提供します。 非接触の取付けはまた腐食関連の維持の条件を除去します。

周囲温度、大気圧水タンクおよびきれいな水貯水池:排水処理の洗面器、水タンクおよび農業の潅漑チャネルのために厳しい温度変動か強い波の行為なしで、超音波技術は全面的なプロジェクト費用を制御する間安定した、信頼できる測定を提供できます。

4。 レーダーの水位のメートルが優先される2の適用

鉱山およびセメント工業のほこりの貯蔵容器:高い塵環境は完全に失敗するために超音波測定を引き起こすことができます。 80 GHz レーダー レベルの送信機は高塵の適用の連続的な測定のための標準的な選択です。

アスファルト混合タンク、炭化水素貯蔵タンクおよび化学貯蔵プール:揮発性有機化合物(VOC)、蒸気の高濃度、および80 °Cを超える高温環境では、レーダー水位計は、超音波装置と同じ方法で蒸気屈折特性の変化の影響を受けません。

複雑なアジテーターで深い井戸とリアクターを絞り込みます。80 GHz レーダーの狭いビーム角は、信号が限られたスペースを通過し、アジテーターブレードによって生成された偽のエコーを避けながら、液体表面に到達することができます。

液化ガスや光石油製品などの低誘電防止液:METRAVONガイド波レーダー水位計(GWR)を選択します。 金属プローブに沿って電磁波エネルギーを集中させることで、連続ミリメートルレベルの測定は、誘電率を約1で実現できます。 4。

FAQ

Q1: 超音波水位測定は、器械が屋外にインストールされると昼間と夜の間に異なることができるのはなぜですか?

A:直接的な原因は空気温度の勾配のための有効な補償です。 超音波測定は音の速度および温度の音の変更の速度によって決まります。 温度を15°Cに増やすと、音の速度が約0になります。 6m/s。 センサーは内蔵温度補償要素を持っていますが、直接太陽放射がプローブハウジングを熱し、内部センサーの温度が音響伝搬経路に沿って実際の気温よりも大幅に高いように補正が不正確になる場合があります。 これは測定の偏差をもたらすことができます。

調達の推薦:屋外の超音波水位メートルは太陽放射の盾が装備されているべきです。 高精度な水質監視の適用のために、同じ方法で空気温度分野によって影響されないメートル80のGHzレーダー水位メートルは、推薦されます。

Q2:低い誘電率、または低い εr はレーダーの水位のメートルに、いかに問題が対処することができるか。

A:誘電率は、中面から反射する電磁エネルギーの割合を決定します。 誘電率が非常に低いとき、約2のεrのディーゼルのような。 1 または約 1 の εr の液化ガス。 4つは、非接触マイクロウェーブ エネルギーの大きい比率反映されるののの代りに媒体を突き通すかもしれません。 これは、反射した信号を弱め、受信機の電子が正しいエコーを識別するために困難にすることができます。

ソリューションと選定条件:

METRAVON 80 GHz のレーダー水位のメートルを非常に集中された伝達エネルギーで選んで下さい。

同軸プローブまたはケーブルタイプのプローブを使用して、電磁波を誘導し、エネルギー損失を最小限に抑えるMeTRAVONガイド波レーダー水位計(GWR)を選択します。

Q3:レーダーの水位メートルは完全に超音波水位メートルを取り替えることができますか。

A:技術的なパフォーマンスの観点から、レーダー技術は完全な機能取り替えを提供できます。 レーダーの水位のメートルは塵、蒸気、風および温度の変動、およびビーム角制御のような環境の干渉への正確さ、温度および圧力抵抗の利点を提供します。

調達の推薦:装置の選択はプロジェクト予算に対する技術的な条件のバランスをとるべきです。 超音波水位メートルは蒸気の干渉なしで周囲温度および大気圧で作動する通常の水塗布の重要な費用利点を保ちます。 プロジェクトの予算が十分であるか、または動作条件が要求されるならば、レーダーの水位メートルに完全な測定システムをアップグレードする必要があります。

Q4:どのタイプの水位メートルが大量の泡が付いている排水処理タンクのより安定した測定を提供しますか。

A:泡は音響およびマイクロウェーブ エネルギーを両方吸収できます。 しかし、ガイドされた波レーダー(GWR)は、ガイド付き波プローブが表面発泡層を通過し、高周波電磁信号を使用して、真の液体インタフェースを測定することができるため、一般的に、このタイプのアプリケーションで最大の安定性を提供します。 非接触測定が必須であれば、マルチエコートラッキングアルゴリズムを備えた高周波80GHzレーダーが選択されるべきです。 超音波水位メートルはこれらの条件の下の拡散の反射のために信号を失う可能性が高いです。

Q5:盲目の地帯が水平な測定でどのような実用的な工学影響がありますか。

A:ブラインドゾーンは、センサープローブの直下で、効果的な測定を行うことができません。 トランスデューサーのリングダウンの時間のために、超音波水位メートルは普通約0の比較的大きいブラインドの地帯を備えています。 25m〜0。 8メートル 液体レベルがこのゾーンに上がると、センサーは誤ったフルスケール信号を出力し、潜在的なタンクオーバーフローリスクを生成できます。 レーダー水位メートルは一般に大いにより小さいブラインドの地帯、普通約0を持っています。 5m〜0m 使用可能な貯蔵タンク容量を大幅に改善できる1つのm。

Q6:パルシェルフメスなどのオープンチャンネルフロー測定用途には、超音波およびレーダー技術が選ばれる方法は?

A:次の条件下で超音波水位メートルを選択します。重要な水蒸気、強い風、および限られたプロジェクト予算無しで、自治体の嵐水または排水の開いたチャネル。

次の条件下でレーダー水位計を選択します。産業排水排出は温度差と水蒸気、高速度の濁河チャンネル、または風に強く影響を受ける屋外貯水池を含みます。

調達の推薦:水当局や工業団地が運営する重要な排出監視プロジェクトでは、MeTRAVONレーダーのオープンチャネルフロー測定システムは、アップロードされたモニタリングデータおよびサポート規制コンプライアンスの継続性を向上させることを推奨しています。

Q7:波レーダー(GWR)と非接触高周波レーダーを選択するにはどうすればよいですか?

A: ガイドされた波のレーダー:粘度の高い粘度や粘着媒体、非常に低い誘電性コンスタント液、重度の攪拌の狭いタンク、またはスラッジレベルの測定などの固体液面測定に適しています。

非接触レーダー:プローブ腐食が避けるべき、粘度、結晶化媒体、および直接プローブ接触が許可されていない衛生食品や医薬品貯蔵タンクなどの高腐食性液体に適しています。

コンテンツ

レーダー水位メートルと超音波水位メートル間の絶対優位性はありません。 重要な考慮事項は、実際の動作条件に測定原理を一致させます。 費用効果が大きいため、超音波水位メートルは周囲温度および大気圧で作動する通常の開路水の適用および慣習的な水漕のための実用的な解決残ります。 レーダー水位メートル、特に高周波80のGHzのマイクロウェーブ レーダーおよびガイドされた波レーダーの技術は、複雑な産業プロセス、危険な貯蔵容器および高温、湿気、圧力、蒸気および塵からの干渉への強い物理的抵抗による高精度の水質監視のための重要な測定の器械になりました。

産業プロセス測定および油圧監視の解決の提供者として、MeTRAVONは80のGHz高周波レーダー、ガイドされた波レーダーおよび産業超音波レベルの送信機をカバーする完全なプロダクト範囲を提供します。 METRAVONは複雑な作動条件のためのカスタマイズされた装置選択および信号の統合サポートを提供します。 レベル測定ソリューションを最適化したり、詳細な技術仕様やプロジェクト価格を入手したりするには、METRAVONテクニカルエンジニアリングチームにお問い合わせください。

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著者: アルビン ・ ソース: メトラフォン 楽器