angielski
chiński
hiszpański
rosyjski
portugalski
francuski
niemiecki
indonezyjski
tajski
wietnamski
arabski
włoski
turecki
japoński
Podsumowanie inżynieryjne:
. Instrumenty pomiarowe poziomu typu ultradźwiękowego i radarowe są stosowane do pomiaru poziomu bezkontaktowego, jednak opierają się one na różnych zasadach fizycznych. Instrumenty ultradźwiękowe wykorzystują mechaniczne fale dźwiękowe, dlatego zależą od długości drogi gazowej między czujnikiem a powierzchnią produktu; radarowe instrumenty wykorzystują fale elektromagnetyczne i nie wymagają powietrza jakomedium rozpraszania.W rezultacie radar zazwyczaj oferuje szerszy zakres pracy w warunkach próżni, wysokich temperatur, pary, pyłu oraz złożonej geometrii naczynia. Niemniej jednak jego działanie może być wpływowane przez pędzłą, kondensację, niską stałą dielektryczną oraz gromadzenie się materiału na antenie.
Spis treści
Podstawowa różnica między metodą ultradźwiękową a radarową
| Produkt | Urządzenie do pomiaru poziomu za pomocą metody ultradźwiękowej | Urządzenie do pomiaru poziomu za pomocą metody radarowej |
|---|---|---|
| Sygnał pomiarowy | Siła dźwiękowa mechaniczna | Siła elektromagnetyczna / siła mikrofalowa |
| Wymagane środowisko rozpraszające | Wymaga powietrza lub innego gazu | Nie zależy od powietrza; może się przenosić w próżni |
| Typowy zasada pomiaru | Akustyczny czas lotu | Pulsowe ToF lub FMCW |
| Wpływ temperatury | Jest znaczniejszy; wymagana jest kompensacja prędkości dźwięku | Zazwyczaj ma mniejszą wrażliwość, jednak nadal obowiązują ograniczenia wynikające z temperatury przyrządu |
| Ciśnienie / Próżnia | Nie może funkcjonować prawidłowo w idealnej próżni | Może być wykorzystywany w próżni;Wartość ciśnienia jest specyficzna dla danego modelu: |
| Płyny; | Gęsta pyłowa atmosfera może osłabiać dźwięk; | Zazwyczaj bardziej odpowiedni, jednak w przypadku ekstremalnych warunków pyłowych wymagana jest ocena; |
| Kąt promienia; | Często stosowany w stosunku do szerokiego kąta; | Radar o wysokiej częstotliwości może zapewnić wąski promień; |
| Złożone wnętrza naczynia; | Wymaga jasnego ścieżki akustycznej; | Radar o wąskim promieniu o częstotliwości 80 GHz często ma przewagę; |
– Jak działa pomiar poziomu za pomocą ultradźwięków?
Sensor poziomu na bazie ultradźwięków przesyła fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości przez przestrzeń gazową powyżej produktu; fale dźwiękowe odbijają się od powierzchni cieczy lub materii stałej i powracają do odbiornika.
d = v × t / 2
, gdziedTo odległość,vto prędkość dźwięku w gazie, atTo czas propagacji w obie strony.
Ważne jest, że prędkość dźwięku nie jest dosłownie stała w wszystkich warunkach pola – zmienia się ona w zależności od temperatury oraz składu gazu; dlatego przemysłowe urządzenia ultradźwiękowe zazwyczaj wykorzystują kompensację temperatury.
Jak działa pomiar poziomu za pomocą radaru?
Radar wysyła sygnały elektromagnetyczne w formie mikrofalowej w stronę powierzchni cieczy lub materii stałej oraz analizuje odbity echo.
Transmisja mikrofalowa → Odbicie światła na powierzchni produktu → Odbiór echo → Przetwarzanie sygnału → Obliczenie dystansu → Konwersja poziomu
dla radarów impulsowych:
d = c × t / 2
Dla radarów typu FMCW odległość oblicza się na podstawie różnicy częstotliwości między sygnałem wysyłanym a sygnałem powrotnym z opóźnieniem.
„26 GHz" oraz „80 GHz" opisują częstotliwość pracy; „Pulse" oraz „FMCW" opisują metodę pomiaru i przetwarzania sygnału.
Porównanie wydajności;
| Warunki procesu; | Ultrasonografia; | Radar; |
|---|---|---|
| Prosty zbiornik wodny; | Pasujące; | Pasujące; |
| Otwarty basen; | Pasujące; | Pasujące; |
| Naczynie waczkowe; | Nie pasujące; | Można je ocenić; |
| Dym w wysokiej temperaturze | Silniej dotknięty; | Zazwyczaj warto przyznać mu priorytet; |
| Silo do przetwarzania pyłu; | Odbicia dźwięku może być znaczne; | Zazwyczaj bardziej odpowiedni |
| Thick Foam | może wykryć powierzchnię piany lub utracić echo; | wymaga również specyficznej oceny piany; |
| wąski promień; | szeroki promień może oddziaływać z ścianami; | wąski promień o częstotliwości 80 GHz jest korzystny; |
| złożone elementy wewnętrzne; | odbicia zjawiska interferencyjnego są trudniejsze do odtworzenia; | radar z wąskim promieniem może łatwiej obejrzeć przeszkody; |
| silo o długim zasięgu; | zasięg należy starannie ocenić; | radar o wysokich parametrach wydajnościCzęsto bardziej odpowiedni: |
| Prosta aplikacja skoncentrowana na kosztach; | Często ekonomiczny; | Zazwyczaj wyższy koszt; |
W jaki sposób temperatura wpływa na obie technologie?
Uльтrazwyczyste pomiarowanie zależy od prędkości dźwięku w drodze gazowej. Ponieważ prędkość dźwięku zmienia się w zależności od temperatury, niewłaściwa kompensacja może prowadzić do błędów w wyznaczaniu dystansu.
Elektromagnetyczna propagacja radarowa jest znacznie mniej wrażliwa na normalne zmiany temperatury gazów; jednak sam przyrząd radarowy podlega ograniczeniom wynikającym z temperatury otoczenia, temperatury procesu, szczelności oraz elektroniki.
Warunki ciśnienia i próżni
Próżnia
Słupy ultradźwiękowe wymagają materiałowego środowiska, takiego jak powietrze lub gaz. W idealnej próżni dźwięk nie propaguje się normalnie; natomiast elektromagnetyczne fale radarowe mogą się propagować w próżni.
Ciśnienie
W przypadku naczyni pod ciśnieniem projekt mechaniczny przyrządów jest kluczowy. Weryfikuj maksymalne ciśnienie procesowe, klasę ciśnienia flanży, zatłoczenia oraz wszelkie wymagane zatwierdzenia.
W jaki sposób pędzla wpływa na pomiary?
Nie jest poprawne założyć, że radar zawsze przechodzi przez piany, podczas gdy metoda ultradźwiękowa zawsze nie przewyższa jej skuteczności.
Ultradźwiękowa metoda a pędzla
Płaszcz istnieje w formie pędzli, który może absorbować, rozpraszać lub odbijać energię akustyczną. Gęsta pędzla może znacząco zmniejszyć prawdziwy echo pochodzące z powierzchni cieczy. Wydajność radaru
oraz pędzli
zależy od grubości pędzli, zawartości wilgotności, wielkości burz, gęstości, częstotliwości pracy oraz właściwości dielektrycznych cieczy. W niektórych przypadkach radar może wykryć górę pędzli, a nie powierzchnię cieczy znajdującej się poniżej niej.
W przypadku zastosowań z grubą pędzłą określ, czy wymagana wartości mierzenia dotyczy rzeczywistej granicy faz ciekłej lub górnej powierzchni pędzły.
Jakie technologie są lepsze do stosowania w siloach z pyłem?
Wysokie stężenia pyłu cementowego, proszku mineralnego, pyłu węgla lub pyłu zbożowego mogą osłabiać i rozpraszać energię ultradźwiękową.
Radar jest zazwyczaj lepiej dopasowany do detekcji gęstego pyłu; jednak ekstremalny pył, nakładanie się pyłu na antenę oraz materiały o niskiej przewodności dielektrycznej mogą nadal obniżyć jakość odbicia radarowego.
W przypadku trudnych silosów z masowymi substancjami stałymi warto najpierw zbadanie rozwiązania z użyciem radaru o wąskim promieniu o częstotliwości 80 GHz.
Dym i kondensacja
Ciepłe naczynia mogą generować parę, gradienty temperatury, wysoką wilgotność oraz kondensację. Te warunki mogą znacząco wpływać na prędkość dźwięku ultrasonicznego oraz na przesyłanie energii akustycznej.Radar typu
jest dlatego często preferowany w warunkach intensywnego działania w środowisku gazowym, jednak silna kondensacja na antenie radarowej może nadal obniżyć jakość echa lub powodować fałszywe echa.
Dlaczego kąt promienia ma znaczenie?
Ani ultradźwiękowy, ani radarowy system nie jest nieskończenie cienką linią. Oba systemy tworzą promień lub stożek pomiarowy. Ściany zbiornika, promienie, szynki, agitatory, spulki oraz rury do naładowania znajdujące się w obrębie tego promienia mogą powodować niepożądane odbiory sygnału.
Jedną z głównych zalet radarów o częstotliwości 80 GHz jest możliwość generowania wąskiego promienia za pomocą odpowiedniego projektu anteny. Ta funkcjonalność jest szczególnie przydatna w przypadku zbiorników o małym średnicy, reaktorów, wąskich siloów oraz pozycji montażowych znajdujących się w pobliżu ściany naczynia.
Jak porównać dalekosc zasięgu i dokładność?
Nie traktujcie stałych wartości, takich jak „ultrasoniczne 50 m" lub „radar 70 m", jako uniwersalnych limitów branżowych. Faktyczna dalekosc zasięgu zależy od konkretnego modelu oraz warunków procesu.
Dystans ultradźwiękowy zależy od mocy akustycznej, częstotliwości, temperatury, pyłu, par, obszaru docelowego oraz kąta powierzchni.
Dystans radarowy zależy od częstotliwości pracy, zysku anteny, stałej dielektrycznej, geometrii powierzchni materiałów stałych, pyłu, przetwarzania sygnału oraz konstrukcji instalacji.
Poprawne pytanie inżynieryjne to:Jaki jest skuteczny zasięg tego konkretnego modelu w moich rzeczywistych warunkach środowiskowych i procesowych?
Czy radar zawsze jest dokładniejszy niż radar ultrasoniczny?
Wysokowydajny radar milimetrowy typu FMCW może zapewnić doskonałą rozdzielczość oraz dokładność na poziomie milimetrowym, jednak nie każdy radar jest dokładniejszy niż każdy przyrząd ultrasoniczny.
W przypadku prostych zbiorników wodnych pomiary ultradźwiękowe mogą w pełni spełnić wymagane dokładność. Radarowe systemy oferują zazwyczaj dodatkowe zalety w przypadku zbiorników wymagających wysokiej dokładności, złożonych silosów oraz w sytuacjach wymagających precyzyjnego kontroli procesu.
– radar o częstotliwości 26 GHz w porównaniu do radaru o częstotliwości 80 GHz;
| produkt; | radar o częstotliwości 26 GHz; | radar o częstotliwości 80 GHz; |
|---|---|---|
| stopień dojrzałości technologii; | dojrzała technologia; | dojrzała i szeroko stosowana technologia; |
| kąt promienia; | zazwyczaj szerszy; | zazwyczaj szerszy; |
| rozmiar anteny; | względnie większy; | może być mniejszy; |
| prosty system do pomiaru w dużych zbiornikach; | odpowiedni; | Pasujące do stosowania dla małych naczynių |
| wymagana ocena przestrzeni między wiązką i naczyniem | często korzystna konfiguracja | złożone elementy wewnętrzne |
| pozycja montażowa jest bardziej kluczowa | wąski promień wiązki często przynosi zaletę | silosy do przechowywania substancji stałych |
| zastosowalne dla tych przypadków | dla złożonych silosów często zaleca się ocenę przy częstotliwości 80 GHz | różnice w procedurze instalacji |
; instalacja ultrasonowa
;
należy usunąć czujnik przybliżenie prostopadle do powierzchni produktu.
Unikaj przepływu cieczy podczas wypełniania.
Unikaj ścian i wewnętrznych struktur.
Zastanów się nad kompensacją temperatury.
Zachowaj powierzchnię transdycera czystą.
Unikaj obszarów o silnym przepływie par lub gazu.
Instalacja radaru
Unikaj bezpośredniego porównania z przepływem cieczy podczas wypełniania.
Użyj kąta promienia, aby uniknąć stropów i wewnętrznych struktur.
Zapobiegaj silnemu zanieczyszczeniu anteny oraz kondensacji.
Sprawdź geometrię nozły.
Poprawnie konfigurować kalibrację pustą i pełną.
Wykonaj mapowanie fałszywych odbić w razie potrzeby.
Typowe zastosowania przemysłowe
1.Proste zbiorniki wodne i otwarte baseny – model
zarówno metoda ultrasoniczna, jak i metoda radarowa mogą być wybrane w zależności od budżetu, wymaganej dokładności oraz interfejsu komunikacyjnego. Model
; 2. Silo do cementu, proszku mineralnego i węgla – model
metoda radarowa jest zazwyczaj preferowana w przypadku dużych ilości pyłu, długiego zasięgu, nieprawidłowych powierzchni stałych oraz złożonej geometrii silo – model
; 3. Zbiorniki i reaktory chemiczne – model
. Transmiter poziomu radarowego → 4–20 mA/HART → PLC / DCS
4. Zbiorniki o małym średnicy
w przypadkach ograniczonej odległości od ściany należy ocenić zastosowanie radaru o wąskim promieniu (80 GHz) lub radaru z falami kierowanymi.
5. Dostępny monitorowanie wielu silosów
Transmitery poziomu radarowe → RS485, Modbus RTU → RTU / Industrial Gateway → 4G / Ethernet → SCADA / IoT;
, PLC – integracja z systemem RTU i Industrial Gateway;
– 4–20 mA; mA;
Transmiter poziomu → 4–20 mA → PLC AI / DCS
4–20 mA/HART
Transmiter poziomu radarowego → 4–20 mA/HART → PLC / DCS / System HART
RS485 Modbus RTU
Instrument poziomowy → RS485, Modbus RTU → PLC / RTU / Industrial Gateway
Radar → RS485 → brama przemysłowa → 4G / Ethernet → MQTT / HTTP → SCADA / serwer klienta
Tabela wyboru inżynieryjnego
| Stan projektu | Technologia do oceny – pierwsza opcja | Dlaczego |
|---|---|---|
| Prosty otwarty basen | Ultrasonografia lub radar | Obie technologie mogą być stosowane w prostych warunkach działania |
| Prosty zbiornik wodny | Ultrasonografia lub radar | Wybór na podstawie kosztu, dokładności,Interfejs |
| naczynie próżniowe; | radar; | ultrasonografia wymagamedium rozprzestrzeniania. |
| Radar wysokiej temperatury ( | ), radar | , radar ultrasoniczny – bardziej wrażliwy na warunki w ścieżce gazowej ( |
| ), silo z wysokim poziomem pyłu ( | ), radar | tłumienie akustyczne jest zazwyczaj silniejsze ( |
| ), zbiornik o małym średnicy ( | ), radar o częstotliwości 80 GHz lub radar z falami kierowanymi ( | ), wąski promień lub propagacja fal kierowanych redukuje zakłócenia na ścianach ( |
| ), reaktor złożony ( | ), radar o częstotliwości 80 GHz / radar z falami kierowanymi ( | ), zależy od konstrukcji wewnętrznej i środowiska ( |
| ), gruba pędzolina | Ewaluacja specyficzna dla aplikacji; | Obie technologie mogą być dotknięte; |
| Prosty projekt skoncentrowany na kosztach; | Technologia ultradźwiękowa; | Może zapewnić przewagę kosztową w odpowiednich warunkach; |
| Długoterminowy proces z trudnościami; | Radar; | Zazwyczaj oferuje szerszy zakres procesowy; |
Jakie informacje należy dostarczyć przed wyborem?
| Element wyboru; | Informacje obowiązkowe; |
|---|---|
| Środowisko; | Ciecz, proszek, gránulaty, suspenzja oraz dokładne nazwa produktu; |
| Zasięg; | Maksymalna odległość do najniższej powierzchni produktu; |
| Rozmiar naczynia; | Wysokość, średnica, kształt; |
| Temperatura; | Temperatura otoczenia oraz temperatura procesu; |
| Ciśnienie | Atmosferyczny, pod ciśnieniem lub w warunkach próżni – |
| Płyny pyłowe – | Czy obecny jest ciężki pył zawieszony – |
| Płetwy – | Średnica, trwałość, zawartość wilgotności – |
| Tlenek / kondensacja – | Czy obecny jest nieprzerwanie – |
| Wewnętrzne elementy – | Agitatory, cewki, schody, rury do wypełniania – |
| Połączenie procesowe – | Przewód, flans – wymiar – |
| Wyjście – | 4–20 mA – mA, HART – RS485; Modbus RTU; |
| System sterowania – | PLC, DCS, RTU – SCADA; Industrial Gateway – |
FAQ
Q1: Który z tych dwóch metod – ultradźwiękowa czy radarowa – jest dokładniejsza?
Radar o wysokiej wydajności może zapewniać większą rozdzielczość, jednak rzeczywistą dokładność należy porównywać dla poszczególnych modeli.
Q2: Czy pomiary ultradźwiękowe można przeprowadzać w próżni?
Zazwyczaj nie. fale ultradźwiękowe wymagają istnienia nośnika – gazu lub innego materiału. fale elektromagnetyczne radarowe mogą się propagować w próżni.
Q3: Czy radar nie ulega wpływowi piany?
Nie.Gęsta lub wilgotna pędzolina może osłabiać lub odbijać sygnały radarowe. W niektórych przypadkach radar jest używany do pomiaru powierzchni pędzoliny.
Q4: Dlaczego metoda ultradźwiękowa jest mniej odpowiednia do pomiarów w silowych silach?
Gęsta pędzolina zawieszona może absorbować i rozpraszać energię akustyczną, co prowadzi do zmniejszenia użytecznego odbicia.
Q5: Czy radar może być wykorzystany w warunkach próżni lub pod wysokim ciśnieniem?
Sygnały radarowe mogą rozprzestrzeniać się w próżni, jednak wartość mechanicznej opory ciśnienia urządzenia, szczeliny oraz połączenia procesowe muszą odpowiadać specyfikacjom naczynia.
Q6: Czy pomiar ultradźwiękowy wymaga kompensacji temperatury?
Zazwyczaj tak, ponieważ prędkość dźwięku zmienia się w zależności od temperatury.
Q7: Dlaczego radar o częstotliwości 80 GHz jest odpowiedni do stosowania w małych naczyniach?
Krótszy długość fali pozwala na projektowanie anten o wąskim promieniu, które redukują odbicia od ścian bliskich statków.
Q8: Czy radar jest zawsze konieczny w przypadku prostej naczyńki wodnej?
Nie. Jeśli proces jest prosty i nie występuje silny gradient par, piany lub temperatury, pomiary ultrasoniczne mogą stanowić ekonomiczne rozwiązanie.
Q9: Czy urządzenie ultrasoniczne oraz radar mogą być połączone z urządzeniem PLC?
Tak, w zależności od interfejsu produktu. Powszechnymi opcjami są systemy 4–20 mA (mA oraz RS485) oraz Modbus RTU; wiele urządzeń radarowych obsługuje również protokół HART.
Q10: Czy urządzenie ultrasoniczne i radar powinny być porównywane głównie pod kątem ceny?
Nie. Przede wszystkim sprawdź odpowiedność urządzenia do danego procesu, a następnie porównaj zakres pomiarowy, dokładność, instalację, interfejs komunikacyjny, konieczności konserwacji oraz koszt całego cyklu życia urządzenia.
Wnioski
Technologie ultradźwiękowe oraz radarowe należą do grupy rozwiązań do pomiaru poziomu bezkontaktowych, jednak fizyka ich rozpraszania nakłada na nie różne ograniczenia w zastosowaniach. Technologia ultradźwiękowa okazuje się ekonomiczna w przypadku wielu prostych zbiorników i basenów. Technologia radarowa umożliwia zazwyczaj szerší zakres zastosowań w warunkach próżni, pyłu, wysokich temperatur, par, złożonych wewnętrznych struktur pojemników oraz w zastosowaniach dotyczących dużych ilości stałych substancji o dużej dalekości działania.
Przy wyborze technologii pomiarowej – takiej jak radar ultrasoniczny, radar o częstotliwości 26 GHz, radar o częstotliwości 80 GHz, radar z falami kierowanymi lub inna technologia pomiarowa – należy wziąć pod uwagę parametry takie jak środowisko, zakres pomiarowy, temperatura, ciśnienie, powierzchnia pędzli, pył, par, geometria naczynia, przestrzeń instalacyjna, dokładność oraz interfejs komunikacyjny.
, METRAVON – Wybór systemu do pomiaru poziomu w przemyśle;
W celu oceny projektu należy dostarczyć dane dotyczące medium (ciekły lub stały stan), maksymalnej odległości pomiarowej, wymiarów naczynia lub silowa, temperatury i ciśnienia procesowego, warunków próżni, warunków powłoki pędzli, par, pyłu lub kondensacji, struktury wewnętrznej, połączenia procesowego, interfejsu komunikacyjnego, systemu hosta oraz zdjęcia lub rysunki stanowiska.
