Miernik poziomu radarowego vs. miernik poziomu ultradźwiękowego: różnice i przewodnik po wyborze

METRAVON Miernik poziomu radarowego vs. miernik poziomu ultradźwiękowego: różnice i przewodnik po wyborze

Mierniki poziomu oparte na radarze oraz mierniki poziomu ultradźwiękowe są szeroko stosowane do ciągłego pomiaru poziomu bez kontaktu w zbiornikach, basenach, siloach, systemach oczyszczania ścieków, zastosowaniach wodnych oraz w ogólnych procesach przemysłowych.

Obie technologie działają poprzez przesyłanie sygnału w kierunku powierzchni produktu, odbieranie odbitego sygnału oraz obliczanie odległości między czujnikiem a powierzchnią. Główna różnica polega na tym, że radarwykorzystuje fale elektromagnetyczne, podczas gdy pomiar ultradźwiękowy opiera się na falach mechanicznych (). Ta różnica określa, jak każda z technologii reaguje na parę, próżnięcie, zmiany temperatury, kurz, nieregularne powierzchnie ciał stałych oraz inne warunki procesu.

1. Jak działają radarowe i ultradźwiękowe mierniki poziomu?

Radarowy miernik poziomu

Radar wysyła fale elektromagnetyczne w kierunku powierzchni produktu i odbiera sygnał odzwierciedlony. Odległość jest obliczana na podstawie czasu przebycia sygnału lub różnicy częstotliwości.

Do powszechnych technologii przemysłowych należą radar impulsowy oraz radar ciągły z modulacją częstotliwości (FMCW). Fale elektromagnetyczne nie wymagają obecności powietrza ani innego gazu do propagacji, dlatego radar może być stosowany w próżni i jest zazwyczaj znacznie mniej zależny od temperatury w fazie gazowej niż pomiar ultradźwiękowy.

pomiarnik poziomu ultradźwiękowego

Czujnik ultradźwiękowy przekazuje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości przez powietrze lub inny gaz. fale te odbijają się od powierzchni produktu i wracają do przetwornika, a odległość jest obliczana na podstawie czasu przebycia tej dróg.

Ponieważ prędkość dźwięku zależy od medium, w których się rozprzestrzeniają, urządzenia ultradźwiękowe zazwyczaj wykorzystują kompensację temperatury. Zmiany w składzie gazu, obecność par, silny przepływ powietrza lub stan próżni mogą znacząco wpływać na wydajność urządzenia.

Podstawowa różnica jest zatem następująca:

radar mierzy za pomocą fal elektromagnetycznych; ultradźwiękowy radar mierzy za pomocą fal akustycznych.

2. Radar impulsowy vs radar FMCW |

FMCW nie oznacza automatycznie dłuższego zakresu pomiarowego ani większej dokładności. Ostateczna wydajność zależy również od elektroniki radarowej, projektu anteny, przetwarzania sygnału, właściwości odzwierciedlania celu oraz warunków montażu.

3. Dlaczego właściwości dielektryczne mają znaczenie dla radaru?

Gdy fale radarowe docierają do powierzchni produktu, część energii elektromagnetycznej jest odzwierciedlana do anteny. Siła tego oddziaływania zależy częściowo od właściwości dielektrycznych środowiska oraz od kontrastu między przestrzenią gazową a produktem.

Ciekłe lub stałe substancje o większym odpowiedzi dielektrycznej zazwyczaj generują silniejszy eko radarowe. Niektóre media o niskiej przenikalności elektrycznej powodują słabsze odbicia i mogą wymagać staranniejszego doboru anteny, częstotliwości, zakresu pomiarowego oraz sposobu montażu.

Ważne:Niska stała dielektryczna nie oznacza automatycznie, że radar w przestrzeni wolnej nie może być stosowany, ani że konieczne jest wykorzystanie radaru fal kierowanych. Nowoczesne urządzenia radarowe mogą mierzyć wiele mediów o niskiej stałej dielektrycznej, o ile zastosowanie i urządzenie są odpowiednio do siebie dopasowane.

Mierzenia ultradźwiękowe nie wykorzystują stałej dielektrycznej jako głównego parametru selekcji. Bywa bardziej wrażliwe na prędkość dźwięku w przestrzeni gazowej, temperaturę, zawartość pary, przepływ gazu oraz akustyczną odzwierciedloność powierzchni celu.

4. Jak temperatura, zawartość pary oraz warunki gazowe wpływają na każdą z tych technologii?

5. Jak się porównują ich zakresy pomiarowe? Pomiarniki poziomu ultradźwiękowe

są powszechnie stosowane w zastosowaniach o krótkim i średnim zasięgu, jednak nie istnieje uniwersalny limit maksymalnego zasięgu na poziomie 15 m. Różne rozmiary przetworników, częstotliwości akustycznych oraz konstrukcje przesyłaczy mogą zapewniać znacznie różne zasięgi, a wybrane przemysłowe urządzenia ultradźwiękowe mogą osiągać zasięgi rzędu kilkunastu metrów. Radar

jest stosowany w szerszym spektrum zastosowań. W zależności od modelu radar może mierzyć od kilku do kilku dziesiątek metrów, podczas gdy wybrane urządzenia radarowe o dużej zasięgu do pomiaru masowego w ciałach stałych mogą osiągać odległości przekraczające 100 m.

Dla dużych zbiorników, wysokich silo, głębokich stoek lub długiego monitorowania poziomu wody radar zazwyczaj zapewnia większą elastyczność w doborze rozwiązania.

6. Jaka technologia jest lepsza do pomiaru cieczy?

Ultrasoneiczne pomiarowe urządzenia są często dobrym wyborem, gdy:

ciecz jest stosunkowo czysta, pojemnik ma ciśnienie atmosferyczne, zakres pomiarowy jest krótki lub umiarkowany, przestrzeń gazowa jest stabilna, a koszt inwestycji stanowi istotny czynnik rozważania.

Pomiarowe urządzenia radarowe są często preferowane, gdy

W przypadku występowania znaczącego ciśnienia parowego, dużych wahania temperatury, warunków próżniowych lub ciśnieniowych, długiego zakresu pomiarowego, złożonej geometrii zbiornika lub potrzeby stosowania wąskiego promienia promieniowania, technologia ultradźwiękowa jest odpowiednim rozwiązaniem.

Dla typowych zbiorników wodnych, basenów oraz zastosowań w systemach oczyszczania ścieków technologia ultradźwiękowa pozostaje dojrzałym i ekonomicznym rozwiązaniem. Gdy warunki procesu są bardziej wymagające lub długoterminowa stabilność ma wyższy priorytet, radar może zapewnić większą elastyczność w zastosowaniach.

7. Dlaczego radar jest często preferowany w przypadku masowych ciał stałych i proszków?

Powierzchnie masowych ciał stałych rzadko są płaskie. Zawierają zazwyczaj szczyty, doliny, kąt spoczynku oraz ciągłe zmiany geometrii podczas załadowania i wyładowania. Pył, wielkość cząstek oraz nierówności powierzchni mogą również utrudniać wykrywanie echa. Technika ultradźwiękowa

może być stosowana w niektórych zastosowaniach w środowiskach stałych, jednak jej wydajność może być ograniczona przez następujące czynniki:

• Zmniejszenie intensywności dźwięku w przypadku gęstego pyłu;

• Absorpcja dźwięku przez miękkie lub porowe materiały;

• Powierzchnie ukośne, które odzwierciedlają dźwięk poza elementem przekształcającym;

• Pył oraz przepływ powietrza powstające podczas naładowania.

Nowoczesne systemy radarowe, w szczególności te z wąskim promieniem, mogą łatwiej omijać ściany silo oraz wewnętrzne konstrukcje, a także wykorzystywać zaawansowane techniki śledzenia echa do wykrywania nierównych powierzchni materiałów. W przypadku wysokich silo, dużej ilości pyłu oraz złożonych zastosowań z materiałami stałymi radar zazwyczaj zapewnia szersze możliwości zastosowania.

8. Czy radar zawsze działa lepiej w warunkach obecności pyłu?

Radar zazwyczaj ma przewagę w przypadkach intensywnego występowania pyłu, jednak nie można stwierdzić, że nie podlega wpływowi pyłu.

Działanie radara może nadal być wpływane przez:

• Zgromadzenie pyłu na antenie;

• Ekstremalnie wysoką koncentrację pyłu;

• Powierzchnie materiałów o słabym odbiciu;

• Wewnętrzne struktury zbiornika;

• Położenie montażowe oraz ustawienia przetwarzania echa.

Dlatego kompletny system pomiarowy należy ocenić, zamiast zakładать, że radar może «przezwyciężyć każdy rodzaj pyłu».

9. Jak pianka wpływa na pomiary radarowe i ultradźwiękowe?

Pianka stanowi szczególną warię procesową, która może wpływać na obie te technologie.

W przypadku pomiarów ultradźwiękowych pianka może pochłaniać lub rozpraszać energię akustyczną, co może osłabić echa od powierzchni cieczy. W przypadku radaru efekt zależy od grubości piany, zawartości cieczy, właściwości dielektrycznych oraz częstotliwości pracy. Niektóre piany mogą częściowo przepuszczać energię radarową, podczas gdy inne mogą generować własne, pomiarowe odbicie.

W przypadkach intensywnego stosowania piany wybór powinien opierać się na rzeczywistych warunkach produktu i procesu, a nie na założeniu, że radar nie podlega wpływowi.

10. Jaką jest różnica w możliwości wytrzymywania ciśnienia? Propagacja radarowa

nie zależy od ciśnienia gazu. Pod warunkiem odpowiedniego połączenia procesu, systemu szczelnego oraz klasyfikacji ciśnieniowej, radar można stosować w naczyniach pod вакуумem oraz pod wysokim ciśnieniem.

Technika ultradźwiękowa jest powszechniej stosowana w przypadku naczyni otwartych pod ciśnieniem atmosferycznym lub niskim. W przypadku zamkniętych przestrzeni gazowych pod ciśnieniem należy uwzględnić skład gazu, temperaturę, właściwości akustyczne oraz dopuszczalne ciśnienie przetwornika.

11. Jakie wymagania instalacyjne mają wspólny mianownik radar i ultradźwięki?

Choć zasady pomiarowe są różne, obie technologie mają wspólne praktyczne wymagania dotyczące instalacji:

• Unikać istnienia stałych przeszkód poza głównym promieniem radarowym lub konusem ultradźwiękowym;

• Unikać skierowywania się bezpośrednio na strumienie ciekłości o wysokiej prędkości lub obszary intensywnych plam;

• Gwarantować, że maksymalna wysokość ciekłości pozostaje poza minimalną odległością pomiarową urządzenia;

• Wybierać reprezentatywną powierzchnię ciekłości lub materiału;

• Zapewniać odpowiednią otoczę oraz szczelne zamknięcie kanałów do wprowadzania kabli;

• Zapewniać odpowiednią uziemienie, ochronę przed impulsami napięciowymi oraz ochronę przed wpływami środowiskowymi dla instalacji zewnętrznych.

Nie wolno instalować ani radaru, ani urządzeń ultradźwiękowych zgodnie z jednolitym, stałym wymogiem odległości od ściany. Poprawna pozycja zależy od kąta promienia lub stożka dźwiękowego, geometrii naczynu oraz struktur wewnętrznych.

12. Porównanie szybkiego wybrania

13. Jak należy interpretować typowe specyfikacje techniczne?

Poniższe informacje mają charakter wyłącznie referencyjnego wybrania ogólnego–Ostateczna wydajność należy zawsze potwierdzać na podstawie karty charakterystyki wybranego urządzenia oraz rzeczywistych warunków procesu.

Pytania często zadawane: Porównanie pomiaru poziomu metodą radarową i ultradźwiękową;

Pytanie 1: Jaką jest podstawowa różnica między pomiarami poziomu metodą radarową a ultradźwiękową?

Odpowiedź: Metoda radarowa wykorzystuje fale elektromagnetyczne i nie wymaga gazu jako nośnika sygnału. Metoda ultradźwiękowa wykorzystuje fale dźwiękowe mechaniczne, dlatego wymaga powietrza lub innego gazu jako nośnika sygnału.

Pytanie 2: Czy niska stała dielektryczna oznacza, że radar nie może być wykorzystywany?

Odpowiedź: Nie. Środki o niskiej stałej dielektrycznej charakteryzują się zazwyczaj słabszymi odzwierciedleniami powierzchniowymi, jednak nowoczesne radary działające w przestrzeni wolnej nadal mogą mierzyć wiele takich obiektów, pod warunkiem że odpowiednio dobrane są urządzenie, zasięg oraz sposób instalacji.

Pytanie 3: Czy pomiary ultradźwiękowe są ograniczone do odległości 15 metrów?

Odpowiedź: Nie. Wiele urządzeń ultradźwiękowych jest projektowanych dla zastosowań o krótkim i średnim zasięgu, jednak wybrane modele przemysłowe mogą osiągać zasięg na kilka dziesiątek metrów. Skuteczny zasięg zależy od przetwornika, warunków akustycznych oraz właściwości odbijających materiału celu.

Q4: Jaka technologia jest bardziej odpowiednia dla silo z masą ciał stałych?

A: Obejmuje się zastosowanie obu technologii w wybranych przypadkach z materiałami stałymi, jednak radar jest zazwyczaj preferowany w przypadku wysokich silo, obecności dużej ilości pyłu, nierównych powierzchni oraz złożonych struktur wewnętrznych.

Q5: Dlaczego w przypadku obecności znaczącego ilości pary zazwyczaj preferuje się radar?

A: Rozpraszanie sygnału radarowego nie zależy od prędkości dźwięku w fazie gazowej, podczas gdy pomiary ultradźwiękowe mogą ulec wpływom zmian temperatury oraz składu gazu. Dlatego radar jest zazwyczaj bardziej odpowiedni w złożonych warunkach istnienia par.

Q6: Czy pomiary ultradźwiękowe można stosować w próżni?

A: Nie. Dźwięk wymaga nośnika do rozpraszania się. Fale elektromagnetyczne radarowe mogą się propagować w próżni, jednak mechanizm działania oraz konstrukcja urządzenia muszą nadal być odpowiednimi dla rzeczywistych warunków próżniowych.

P: Czy radar jest konieczny dla prostego zbiornika wodnego?

O: Niekoniecznie. Dla czystego, atmosferycznego zbiornika wodnego o krótkim zasięgu, w którym przestrzeń gazowa jest stabilna, pomiary ultradźwiękowe mogą stanowić praktyczne i ekonomiczne rozwiązanie.

P: Czy radar należy zawsze wybierać w przypadku obecności piany?

A: Nie. Piana może wpływać zarówno na pomiary radarowe, jak i ultradźwiękowe. Jakość działania zależy od grubości piany, zawartości cieczy, właściwości dielektrycznych oraz właściwości akustycznych, dlatego zastosowania w warunkach intensywnych należy dokładnie przeanalizować.

Q9: Czy pomiary radarowe są zawsze dokładniejsze niż pomiary ultradźwiękowe?

A: Nie. Dokładność zależy od konkretnego urządzenia oraz zastosowania. Radar oferuje większą elastyczność w trudnych warunkach gazowych, w pomiarach na dużą odległość oraz w zastosowaniach na masowych ciałach stałych, podczas gdy pomiary ultradźwiękowe zapewniają stabilne wyniki w prostych zastosowaniach na cieczach na krótką odległość.

Q10: Jakie informacje zawiera METRAVON Czy potrzebujesz wyboru radaru lub poziomu ultradźwiękowego?

A: Prosimy o podanie rodzaju podłoża – czy to ciekłego, czy stałego – oraz właściwości dielektrycznych lub akustycznych, jeśli są istotne; maksymalną odległość pomiarową; wymiary zbiornika lub silo; temperaturę; ciśnienie; stan próżniowy; obecność pary; obecność piany; obecność pyłu; strukturę wewnętrzną; sposób połączania z procesem oraz wymagany interfejs wyjściowy.

Wnioski

Radyomytry oraz mierniki poziomu ultradźwiękowe to obie dojrzałe technologie pomiarowe bez styku, jednak działają na podstawie różnych zasad fizycznych:Radar wykorzystuje fale elektromagnetyczne, podczas gdy pomiary ultradźwiękowe wykorzystują fale dźwiękowe mechaniczne.

Ta różnica określa zakres ich zastosowań. Radar jest ogólnie bardziej odpowiedni doduże zakresy pomiarowe, stan próżniowy, znaczna ilość par, złożone warunki gazowe, obecność ciężkiej pyłu, wysokie silosy oraz nierówny kształt powierzchni materiału masowegoMiernictwo ultradźwiękowe jest często praktycznym i ekonomicznym rozwiązaniem dlaczyste, atmosferyczne zastosowania ciekłych składników w odległości od krótkiej do średniej, z stabilnym środowiskiem gazowym.

Przy dokonywaniu wyboru należy brać pod uwagę więcej niż tylko cenę lub nominalny zakres cenowy. Należy ocenić następujące czynniki: właściwości média, właściwości dielektryczne lub akustyczne, temperatura, skład gazu, pył, pianka, geometria zbiornika, dostępny obszar montażowy oraz interfejs systemu sterowania. METRAVON umożliwia konfigurację systemów radarowych i ultradźwiękowych do różnych zastosowań przemysłowych, pomagając użytkownikom osiągnąć stabilne, niezawodne oraz łatwe w integracji pomiary poziomu w sposób ciągły.