Radarowy a ultradźwiękowy miernik poziomu: różnice, działanie i dobór

Miernik poziomu radarowego vs. miernik poziomu ultradźwiękowego: różnice, parametry techniczne oraz przewodnik po doborze urządzenia

Mierniki poziomu oparte na radarze oraz mierniki poziomu ultradźwiękowe są szeroko stosowane w pomiarach poziomu bez styku. Obie technologie przesyłają sygnał ku powierzchni produktu, odbierają odbity sygnał oraz obliczają odległość do powierzchni cieczy lub materiału. Główna różnica polega na tym, żeRadar wykorzystuje fale elektromagnetyczne, podczas gdy urządzenia ultradźwiękowe wykorzystują fale dźwiękowe mechaniczne.

Ta różnica bezpośrednio wpływa na wydajność obu technologii w zastosowaniach, w których występują zmiany temperatury, ciśnienia, par, próżni, pyłu, pędy oraz złoża geometria naczyń. Z tego powodu selekcja powinna opierać się na rzeczywistych warunkach procesu, a nie wyłącznie na cenie lub zakresie pomiarowym.

1. Jak działają radarowe i ultradźwiękowe mierniki poziomu?

Radarowy miernik poziomu

Antena nadaje fale elektromagnetyczne w kierunku powierzchni produktu. Sygnał jest odbijany przez ciecz lub materiał masowy i odbierany przez antenę.

Przypada analizuje zależność czasową lub częstotliwościową między sygnałem przesyłanym a sygnałem powrotnym, aby określić odległość oraz obliczyć poziom.

pomiarnik poziomu ultradźwiękowego;

czujnik przesyła impuls ultradźwiękowy w kierunku powierzchni produktu; fala dźwiękowa jest odzwierciedlana i odbierana przez ten sam czujnik.

odległość jest obliczana na podstawie czasu przejazdu fali dźwiękowej w obie strony oraz odpowiadającej jej prędkości dźwięku.

Fale elektromagnetyczne radarskie nie wymagają powietrza jako nośnika propagacji. Fale ultradźwiękowe są falami mechanicznymi i muszą propagować się przez gaz, ciecz lub ciało stałe. To jeden z głównych powodów, dla których dwie technologie zachowują się różnie w warunkach próżni oraz złożonych warunkach parowych.

2. Radar vs. pomiarnik poziomu ultradźwiękowego: szybkie porównanie

3. Jak właściwości materiału o średniej gęstości wpływają na dwie technologie?

Pomiar radarowy podlega wpływowi właściwości dielektrycznych materiału.medium procesowego Ogólnie rzecz biorąc, większa odzwierciedloność radarowa ułatwia wykrywanie powierzchni produktu. Środkie o niskiej stałej dielektrycznej generują słabsze echa i mogą wymagać bardziej starannego rozważenia zakresu pomiarowego, projektowania anteny oraz marginesu sygnału.

Niemniej jednak niska wartość stałej dielektrycznej nie oznacza automatycznie, że pomiary ultradźwiękowe są lepszym rozwiązaniem. Dopuszczalność zastosowania ultradźwięków należy również zweryfikować w odniesieniu do następujących czynników:

• warunki parowe;

• piana;

• skład gazu;

• gradienty temperatury;

• warunki vakuumu lub ciśnienia.

Technologia pomiarowa powinna być więc doborana na podstawie pełnego środowiska procesowego, a nie wyłącznie na podstawie pojedynczej właściwości materiału.

4. Dlaczego pomiary ultradźwiękowe są bardziej wrażliwe na temperaturę?

Pomiarnik poziomu ultradźwiękowy.

Prędkość dźwięku w powietrzu zmienia się w zależności od temperatury, dlatego urządzenia ultradźwiękowe zazwyczaj wykorzystują kompensację temperatury. Znaczne gradienty temperatury w dużych naczyniach mogą nadal powodować dodatkowe błędy pomiarowe.

radarowy miernik poziomu

Miernictwo odległości za pomocą fal elektromagnetycznych nie zależy od prędkości dźwięku, dlatego zwykłe zmiany temperatur nie powodują tego samego typu błędu propagacji.

To nie oznacza, że urządzenia radarowe mogą działać w dowolnych temperaturach. Górna granica temperatury procesu wciąż zależy od anteny, uszczówek, połączeń procesowych oraz układu elektronicznego wybranego modelu.

5. Radar czy ultradźwięki w zastosowaniach gazowych?

Gazowe zastosowania to jedna z sytuacji procesowych, w których różnica między obiema technologiami staje się szczególnie istotna.

Sygnały ultradźwiękowe przenikają przez przestrzeń gazową położoną powyżej produktu. Gęste parowanie, obecność gazów lotnych lub zmiana składu gazowego mogą wpływać na prędkość dźwięku oraz zwiększać tłumienie sygnału, co prowadzi do spadku stabilności pomiarów. Radar

wykorzystuje fale elektromagnetyczne, dlatego znacznie mniej zależy od składu gazowego i prędkości dźwięku. Lepsze jest jego zastosowanie w następujących przypadkach:

• naczynia do procesów chemicznych;

• ciecze pracujące przy wysokich temperaturach;

• media lotne;

• procesy charakteryzujące się znacznym powstawaniem par.

Silna kondensacja, gromadzenie się cieczy na antenie oraz ekstremalne wartości temperatury lub ciśnienia wymagają odpowiednio zaprojektowanego urządzenia radarowego.

6. Co mówić o naczyniach pod вакуумem i pod ciśnieniem?

Standardowe mierniki poziomu ultradźwiękowego wymagają istnienia medium gazowego dla propagacji fal dźwiękowych, dlatego zazwyczaj nie nadają się do użycia w naczyniach pod вакуумem lub w warunkach zbliżonych do вакуумu.

Radar w przestrzeni wolnej nie wymaga obecności powietrza do propagacji sygnału i może być stosowany w warunkach próżni, podciśnienia lub w naczyniach pod wysokim ciśnieniem, o ile wybrany instrument jest odpowiednio do tych warunków procesowych projektowany.

Ważne:Nie istnieje uniwersalny maksymalny ciśnienie dla wszystkich urządzeń ultradźwiękowych, a nie każde urządzenie radarowe jest odpowiednie do pracy pod wysokim ciśnieniem. Dopuszczalne ciśnienie i temperatura należy zawsze potwierdzić na podstawie szczegółowych danych technicznych danego urządzenia oraz danych dotyczących odporności na połączenia w procesie produkcyjnym.

7. Jak piana wpływa na pomiary radarowe i ultradźwiękowe?

Piana może wpływać na obie te technologie, jednak stopień tego wpływu zależy w dużym stopniu od właściwości fizycznych pany.

cienka, wilna piana

w niektórych zastosowaniach nadal może być możliwe uzyskanie użytecznego sygnału ech, w zależności od charakteru podłoża i jakości sygnału.

gruba, sucha piana

Może pochłaniać lub rozpraszać sygnały ultradźwiękowe oraz może osłabiać odbicie radarowe od rzeczywistej powierzchni cieczy.

Modyfikacja warunków powstawania piany

Komor aeracji, fermentatory oraz reaktory procesowe należy oceniać na podstawie rzeczywistego zachowania piany.

8. Jaka technologia jest bardziej odpowiednia dla silo z pyłem oraz dla ciał stałych w dużych ilościach?

Dla średniozaniecznych ciał stałych granulowanych pomiar za pomocą radaru lub ultradźwięków może być odpowiedni w zależności od zakresu pomiarowego, wielkości cząstek oraz geometrii silo.

W zastosowaniach zawierających ciężką kurzę – takich jak cement, popiół lotny oraz proszek mineralny – cząstki zawieszone mogą znacząco osłabiać lub rozpraszać sygnały ultradźwiękowe. Z tego powodu radar jest zazwyczaj preferowaną technologią w wymagających zastosowaniach z masowymi ciałami stałymi.

Mierzenia na poziomie masowego ciała ciał stałych powinny również uwzględniać:

• Kąt spoczynku;

• Maksima i minimum materiału;

• Miejsce umieszczania;

• Odległość od ściany silo;

• Rozmiary anteny.

80GHz Radar, dzięki wąskiemu promieniowi, może zapewnić dodatkowe zalety instalacyjne w przypadku wąskich silo oraz naczyniów o złożonych strukturach wewnętrznych.

9. Czy promień radarowy jest zawsze szerszy niż promień ultradźwiękowy?

Nie. Szerokość promienia zależy od częstotliwości czujnika, wymiarów anteny lub przetwornika oraz konkretnego projektu urządzenia.

Nowoczesny 80GHz Radar może generować bardzo wąski promień promieniowania przy stosunkowo małej antenie, co czyni go odpowiednim do zastosowań w:

• wąskich zbiorników;

• wysokich, wąskich zbiorników;

• instalacji położonych w pobliżu ścian zbiorników;

• zbiorników wyposażonych w wewnętrzne rury, belki lub nośniki.

Z tego powodu stary zasada, że «radar w przestrzeni wolnej nie powinien być stosowany w wąskich statkach», nie ma już ogólnego zastosowania.

10. Gdyś wybór: radar czy ultradźwięk?

11. Uwagi dotyczące instalacji obu technologii:

unikać punktu załadowania.

Nie dopuszczaj, aby strumień wypełnienia, kropliste ciecz lub spadający materiał masowy przechodził bezpośrednio przez wiązkę pomiarową.

Unikaj stałych przeszkód.

Wiązki, rury, agitatory, lwy oraz ściany naczynia mogą powodować niepożądane odbicia.

Sprawdzaj maksymalną wysokość poziomu produktu.

Najwyższy poziom produktu musi pozostawać poza określonym odległością blokującą lub zoneną bliskiego pola urządzenia pomiarowego.

Przeglądaj trasę promienia

Nie należy opierać się na uniwersalnym odstępie od ściany wynoszącym 300 lub 500 mm. Niezbędna odległość zależy od kąta promienia, wysokości naczynia oraz rzeczywistej geometrii.

12. Jakie informacje są wymagane przy doborze?

Środek:

Ciekła lub ciała stała
Nazwa środka
Wzmacnienie:
Piana:
Stan pyłu:

Naczynie:

Wysokość:
Prędkość obrotowa:
Połączenie procesowe:
Struktury wewnętrzne:
Punkt załadowania:

Warunki procesowe:

Temperatura:
Prężenie:
Parowanie:
Wakuum:
Mieszanie:

Wymagania elektryczne:

Zasilanie:
4-20mA
HART
RS485
Ochrona przed wybuchami

FAQ: Porównanie radarowego i ultradźwiękowego miernika poziomu

Q1: W czym polega główna różnica między radarowym a ultradźwiękowym miernikiem poziomu?

A: Radar wykorzystuje fale elektromagnetyczne i nie wymaga powietrza jako nośnika rozprzestrzeniania się sygnału. Pomiar poziomu metodą ultradźwiękową wykorzystuje fale dźwiękowe mechaniczne, dlatego zależy od istnienia gazu lub innego nośnika dla rozprzestrzeniania się sygnału. Ta różnica ma szczególne znaczenie w zastosowaniach w warunkach próżni, w parze oraz przy zmiennej temperaturze.

Q2: Czy ciecz o niskiej stałej dielektrycznej wymagaje zawsze pomiarnika poziomu ultradźwiękowego?

A: Nie. Niska stała dielektryczna może zmniejszyć intensywność echa radarowego, jednak możliwe jest stosowanie odpowiednich urządzeń radarowych, w zależności od zasięgu, konstrukcji anteny oraz dostępnej marginy sygnału. Pomiary ultradźwiękowe należy również sprawdzić pod kątem obecności pary, piany oraz warunków istnienia przestrzeni gazowej.

Q3: Czy można stosować pomiarnik poziomu ultradźwiękowego w zbiorniku pod prężyną?

A: Standardowe urządzenia ultradźwiękowe zazwyczaj nie są odpowiednie, ponieważ fale dźwiękowe wymagają nośnika. Radar nie zależy od warunków atmosferycznych i jest zazwyczaj bardziej odpowiednią technologią dla zastosowań w warunkach próżni.

Q4: Czy dla zbiornika na wodę powinienem zastosować radar czy ultradźwięki?

A: Oba rozwiązania mogą działać skutecznie w standardowym zbiorniku wodnym w warunkach atmosferycznych. Technika ultradźwiękowa jest często bardziej ekonomiczna w przypadku prostych zastosowań, podczas gdy radar może być preferowany w sytuacjach, gdy wymagane są: obecność pary, złożona geometria zbiornika, mniejsza odległość blokowania lub większa elastyczność procesowa.

Q5: Dlaczego radar jest często preferowany w zastosowaniach przy wysokich temperaturach i wysokim ciśnieniu?

A: Pomiar odległości za pomocą radaru nie zależy od prędkości dźwięku w gazie; dostępne są przemysłowe urządzenia radarowe wyposażone w połączenia procesowe przeznaczone do pracy w warunkach wymagających określonych parametrów temperatury i ciśnienia. Rzeczywiste granice nadal zależą od wybranego modelu.

Q6: Dlaczego radar jest powszechnie stosowany w silosach o dużej zawartości pyłu?

A: Ciężki pył zawieszony może znacząco osłabiać sygnały ultradźwiękowe, podczas gdy radar jest szeroko stosowany w zastosowaniach związanych z cementem, proszkami mineralnymi, popiołami lotnymi, ziarnami oraz innymi materiałami stałymi zawierającymi pył. Należy nadal uwzględniać zasięg pomiarowy, powierzchnię materiału oraz charakter anteny.

Q7: Czy radar jest zawsze dokładniejszy niż ultradźwiękowy?

A: Nie. Obejmują one różne klasy dokładności. Radar o wysokiej wydajności może zapewniać pomiary na poziomie milimetrowym, jednak rzeczywista dokładność zależy od konkretnego urządzenia, zasięgu, sposobu instalacji oraz warunków procesu.

Q8: Jakie informacje zawiera METRAVON Czy należy zalecić pomiar poziomu za pomocą radaru lub ultradźwięków?

A: Prosimy o podanie następujących danych: medium, zakres pomiarowy, wysokość i średnica naczynia, temperatura, ciśnienie, obecność par, obecność piany, obecność pyłu, warunki wakuum, sposób mieszania, struktura wewnętrzna naczynia, połączenia procesowe oraz wymagany sygnał wyjściowy. Te dane służą do wybrania najodpowiedniejszej technologii pomiarowej.

Podsumowanie

Radyomytry oraz pomiarniki poziomu ultradźwiękowego to obie ugruntowane technologie pomiaru poziomu bez styku, jednak opierają się one na różnych zasadach fizycznych.Radar oferuje szerszy zakres zastosowań w warunkach obecności pary, w warunkach próżni, przy wysokich temperaturach, wysokim ciśnieniu, w środowiskach z intensywnym zanieczyszczeniem pyłem oraz w przypadku złożonych zbiorników, podczas gdy pomiary ultradźwiękowe pozostają praktycznym i ekonomicznym rozwiązaniem dla wielu zbiorników wodnych, basenów, systemów do przetwarzania ścieków oraz innych prostych instalacji atmosferycznych.

Wybór nie powinien opierać się wyłącznie na cenie, dokładności lub maksymalnym zakresie. Dla METRAVON Przed dokonaniem wyboru między pomiarem poziomu za pomocą radaru a pomiaru poziomu metodą ultradźwiękową należy kompleksowo przeanalizować następujące czynniki: zastosowane urządzenia, medium, temperaturę, ciśnienie, warunki w przestrzeni gazowej, obecność piany, obecność pyłu, geometrię zbiornika oraz ograniczenia związane z instalacją.