angielski
chiński
hiszpański
rosyjski
portugalski
francuski
niemiecki
indonezyjski
tajski
wietnamski
arabski
włoski
turecki
japoński
Przesyłniki poziomowe ultradźwiękowe i radarowe to powszechne technologie bezkontaktowe stosowane do ciągłego pomiaru poziomu ciekłości oraz masowych ciał stałych. Oba typy pomiarowe mierzą odległość między czujnikiem a powierzchnią materiału, jednak wykorzystują różne rodzaje sygnałów, co sprawia, że ich zachowanie zmienia się w zależności od zmian temperatury, ciśnienia, stężenia par, obecności piany, pyłu oraz warunków procesowych.
Przyrządy ultradźwiękowe wykorzystują fale akustyczne, podczas gdy przyrządy radarowe wykorzystują fale elektromagnetyczne. Ta różnica w zasadzie pomiarowym jest główną przyczyną, dla której obie technologie mają różne ograniczenia zastosowań. Wybór powinien opierać się na warunkach środowiska procesowego, wymaganej dokładności, warunkach montażu oraz całkowitych kosztach projektu.
1. Jak działa przetwornik poziomu ultradźwiękowego?
Przenośnik poziomu ultradźwiękowego jest montowany powyżej powierzchni materiału i wysyła impuls akustyczny w kierunku cieczy lub ciała stałego. Impuls ten odbija się od powierzchni i ponownie jest odbierany przez przetwornik.
Przedmiot pomiarowy oblicza odległość na podstawie czasu podróży w obie strony:
Odległość = Prędkość dźwięku × Czas podróży w obie strony ÷ 2
Gdy znana jest wysokość odniesienia instalacji, rzeczywista wysokość można obliczyć według wzoru:
Wysokość = Wysokość odniesienia − Obliczona odległość
Ponieważ fala dźwiękowa przemieszcza się przez przestrzeń gazową między czujnikiem a powierzchnią materiału, zmiany temperatury powietrza, składu gazu oraz stężenia par,Pęda oraz skuteczny przepływ powietrza mogą wpływać na rozpraszanie dźwięku oraz jakość echa. Dlatego przemysłowe nadajniki ultradźwiękowe powszechnie stosują kompensację temperatury w celu ograniczenia błędów wynikających z zmian temperatury.
2. Jak działa przetwornik poziomu radarowego?
Nadajnik poziomu radarowego wysyła fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości z anteny w kierunku powierzchni materiału. fale te są odbijane przez ciecz lub ciało stałe i odbierane ponownie przez antenę.
Urządzenie określa odległość na podstawie czasu podróży sygnału lub – w przypadku radaru FMCW – na podstawie różnicy częstotliwości między sygnałem nadawanym a sygnałem odbitym.Mierzoną odległość następnie przekształca się w rzeczywistą wysokość.
Radar nie zależy od prędkości dźwięku w powietrzu i może działać w warunkach próżni. Zazwyczaj jest mniej wrażliwy na zmiany temperatury powietrza, ciśnienia oraz prądu powietrza. Skuteczność radara zależy przede wszystkim od właściwości dielektrycznych, konstrukcji anteny, materiału piankowego, kondensacji, obecności pyłu oraz geometrii instalacji.
3.Główne różnice między pomiarami poziomu metodą ultradźwiękową a radarową:
| – element porównawczy; | – przetwornik poziomu ultradźwiękowego; | – przetwornik poziomu radarowego; |
|---|---|---|
| – sygnał pomiarowy; | – fala akustyczna o wysokiej częstotliwości; | – fala elektromagnetyczna / mikrofale; |
| – metoda pomiarowa; | – pomiar bez styku; | – pomiar bez styku; |
| – zmiany temperatury | Prędkość dźwięku zmienia się w zależności od temperatury, dlatego zazwyczaj konieczna jest kompensacja. | – ogólnie mniej wrażliwa na zmiany temperatury powietrza. |
| – ciśnienie procesu. | – powszechnie stosowane przy ciśnieniu atmosferycznym lub ograniczonym.w zależności od modelu: | – wersje przemysłowe dostępne dla zastosowań w warunkach vakuum oraz przy wyższym ciśnieniu; |
| – warunki w postaci par i gazów; | – silna para lub zmiana składu gazu może wpływać na rozprzestrzenianie się dźwięku; | – ogólnie odpowiednia dla szerszego zakresu warunków w fazie gazowej; |
| – piana; | – gruba piana może znacząco osłabiać eko akustyczne; | – również pod wpływem pianyw zależności od właściwości piany oraz typu radaru |
| – pył | Wysoka zawartość pyłu może osłabiać sygnał akustyczny. | Często lepiej nadaje się do zastosowań w środowiskach stałych zawierających pył. |
| W warunkach vakuum – nie nadaje się, ponieważ fale akustyczne wymagają nośnika. | W warunkach vakuum – nie nadaje się. | Nadaje się. |
| Wpływ nośnika. | Stan powierzchni oraz właściwości przestrzeni gazowej są istotne. | Właściwości dielektryczne oraz współczynnik odbicia echa są istotne. |
| Typowa cena i pozycja rynkowa. | Często jest to rozwiązanie ekonomiczne.Dla zastosowań konwencjonalnych do pomiaru poziomu wody: | Koszt zależy od częstotliwości, zakresu pomiarowego, temperatury, ciśnienia, statusu certyfikacji oraz konfiguracji interfejsu; |
4. Czy pomiary ultradźwiękowe są ograniczone do warunków atmosferycznych?
Domena działania nadźwiękowego przesyłacza poziomu zależy od konkretnego modelu urządzenia. Urządzenia przemysłowe są dostępne w różnych wersjach pod względem temperatury procesu, temperatury otoczenia oraz ciśnienia, dlatego pomiary nadźwiękowe nie są ograniczane wyłącznie do otwartych zbiorników całkowicie niepod ciśnieniem.
Jednak fale ultradźwiękowe muszą przenikać przez przestrzeń gazową położoną powyżej materiału. Wysoka temperatura, wyższe ciśnienie, gęste parowanie, nieprawidłowy skład gazu lub silne gradienty temperaturowe mogą zwiększyć wymagania dotyczące warunków pomiarowych. Należy ocenić te warunki w świetle właściwości wybranego przetwornika oraz specyfikacji urządzenia pomiarowego.
5. Czy radar może zastąpić technologie ultradźwiękowe we wszystkich zastosowaniach?
Miernictwo radarowe i ultradźwiękowe wykorzystuje się w zakresie zastosowań, który częściowo się pokreśla, lecz różni się pod względem szczegółów. Radarowe miernictwo zapewnia szerszy zakres pracy w warunkach wysokich temperatur, podciśnienia, próżni, obecności pary oraz w trudnych warunkach przemysłowych. Miernictwo ultradźwiękowe pozostaje dojrzałym i ekonomicznym rozwiązaniem dla wielu zbiorników wodnych, zbiorników na ścieki, kanałów otwartych oraz w typowych zastosowaniach atmosferycznych.
Ostateczną technologię należy dobrać na podstawie warunków procesu, wymaganych właściwości pomiarowych, ograniczeń związanych z instalacją oraz kosztów projektu, a nie traktować jednej technologii jako uniwersalnego zamiennika drugiej.
6. Jaka technologia jest lepsza w przypadku obecności piany?
Piana stanowi trudny warunek zarówno dla jednej, jak i dla drugiej technologii. Gruba piana może pochłaniać energię ultradźwiękową, co znacząco zmniejsza rzeczywisty sygnał echa na powierzchni cieczy.Radar może również ulec osłabieniu lub odzwierciedleniu przez pianę, w zależności od jej grubości, zawartości wody, struktury pęcherzyków, właściwości środowiska oraz częstotliwości pracy.
Ogólne lub okresowe powstawanie pęcherzyków porygu może nadal umożliwiać dokładne pomiarowanie za pomocą obu technologii. W przypadku trwałego, gęstego powstawania pęcherzyków porygu może być konieczne bardziej szczegółowe porównanie radaru bezkontaktowego, radaru fal kierowanych, pomiaru opartego na ciśnieniu oraz innych odpowiednich technologii pomiarowych.
7. Jaka technologia jest bardziej odpowiednia dla silo z pyłem i ciał stałych?
Technologia ultradźwiękowa oraz radarowa mogą być stosowane w wybranych zastosowaniach z materiałami stałymi, jednak obecność pyłu, nachylone powierzchnie materiału oraz rozpraszanie akustyczne mogą ograniczać zakres działania urządzeń ultradźwiękowych.
Radar o wysokiej częstotliwości, w szczególności 80GHz Radar emituje wąski promień, który może pomóc w unikaniu ścian silo, promieni oraz struktur wewnętrznych. Dlatego jest on szeroko stosowany w silach cementu, zboża, minerałów, węgla oraz surowców chemicznych.
W trakcie wyboru należy uwzględnić koncentrację pyłu, wysokość sila, kąt między materiałem a powierzchnią, właściwości dielektryczne oraz dostępną pozycję montażową.
8. Jaką technologię zapewnia większą dokładność?
Przyśledność pomiaru nie może być określana wyłącznie na podstawie terminów „radar" lub „ultrasoniczne". Różne urządzenia charakteryzują się różnymi klasami dokładności, zakresami pomiarowymi, możliwościami przetwarzania sygnałów oraz ograniczeniami zastosowań. Jakość instalacji oraz warunki procesu również wpływają na rzeczywiste właściwości urządzenia w warunkach rzeczywistych.
Radar zazwyczaj zapewnia stabilne pomiary w szerokim zakresie temperatur, ciśnienia oraz warunków istnienia pary, co otwiera szersze możliwości zastosowań dla wymagających systemów kontroli procesów i magazynowania. W przypadku tradycyjnych zastosowań pomiaru poziomu wody, urządzenia ultradźwiękowe mogą również zapewnić dokładność spełniającą wymagania projektu.
– 9. Jak się porównują koszty?
Nie istnieje stały współczynnik cenowy między nadajnikami poziomowymi opartymi na radarze a nadajnikami poziomowymi opartymi na falach ultradźwiękowych. Koszt produktu zależy od zasięgu pomiarowego, typu konstrukcji – radarowej lub akustycznej, dokładności, temperatury i ciśnienia w procesie, klasy ochronnej obudowy, certyfikacji dla stref o niebezpieczeństwie, rodzajów materiałów, konstrukcji anteny lub przetwornika oraz interfejsów komunikacyjnych.
W przypadku konwencjonalnych pomiarów poziomu wody w atmosferze nadajniki ultradźwiękowe często stanowią ekonomiczne rozwiązanie. W przypadku zbiorników pracujących przy wysokich temperaturach lub pod ciśnieniem, procesów w warunkach próżni, ciężkich par lub silosów zawierających pył, zastosowanie radaru może lepiej odpowiadać wymaganiom technicznym.
10. Jaka technologia jest najodpowiedniejsza dla różnych zastosowań?
Zbiorniki i zbiorniki wodne
Można zastosować zarówno technologie ultradźwiękowe, jak i radarowe.Wybór może opierać się na warunkach środowiskowych, wymaganej dokładności oraz budżecie projektu.
– zbiorniki do oczyszczania ścieków
Należy uwzględnić ruch pędy, par oraz powierzchni. Technika ultradźwiękowa jest odpowiednia dla wielu typowych warunków, podczas gdy radar może być stosowany w bardziej wymagających środowiskach.
Tanki o wysokiej temperaturze lub pod ciśnieniem
Należy najpierw ocenić urządzenia radarowe, które spełniają wymagania dotyczące temperatury i ciśnienia w procesie.
Naczynia pod вакуумem
Radar wykorzystuje fale elektromagnetyczne i jest odpowiedni do pomiaru poziomu pod вакуумem.
Silosy dla masowego materiału stałego;
Wysoki poziom pyłu, szeroki zakres pomiarowy oraz złożona geometria silosa często wskazują na zastosowanie radaru o wysokiej częstotliwości;
Kanały otwarte
Miernictwo ultradźwiękowe charakteryzuje się długą historią zastosowań oraz zaletą pod względem kosztowym, podczas gdy radar można również wybrać w zależności od warunków środowiskowych.
11. Jakie informacje są wymagane przy wyborze?
| Parametry wyboru | Informacje potwierdzające rodzaj media procesowego |
|---|---|
| : | – woda, woda ściekowa, olej, ciecz chemiczna, suspensja, proszek lub kuli |
| Domena pomiarowa: | – maksymalna odległość od czujnika do najniższego oczekiwanego poziomu; |
| – temperatura procesu; | – normalna, minimalna oraz maksymalna temperatura pracy; |
| – ciśnienie procesu; | – warunki: otwarte, atmosferyczne, pod ciśnieniem dodatnim lub w warunkach vakuum; |
| – stan powierzchni. | Piana, ruch, agitacja lub nachylona powierzchnia między gazem a ciałem stałym; |
| Warunki w przestrzeni gazowej; | Parę, gazy lotne, gradienty temperatury lub kurz; |
| Środowisko instalacyjne; | Prędkość okrężnika zbiornika, nozła, belki, agitatory oraz dostępna przestrzeń montażowa; |
| Interfejs wyjściowy; | 4-20mA, HART RS485 Modbus RTU lub inne wymagane interfejsy; |
– Pytania i odpowiedzi;
– Q1: Czy pomiar poziomu metodą radarową jest zawsze lepszy niż pomiar metodą ultradźwiękową?
A1: Dwie technologie mają różne zakresy zastosowań. Radar jest powszechnie stosowany w warunkach wymagających określonych parametrów temperatury, ciśnienia, próżni, par oraz obecności pyłu, podczas gdy zbiorniki wodne, kanały otwarte oraz zastosowania w warunkach atmosferycznych mogą wykorzystywać każdą z tych technologii w zależności od specyfiki projektu.
Q2: Czy przetworniki poziomu ultradźwiękowych mogą być stosowane w zbiornikach pod ciśnieniem?
A2: Niektóre modele mogą działać przy ograniczonym ciśnieniu.Dozwolony ciśnienie procesu zależy od konstrukcji przetwornika oraz urządzenia pomiarowego. W przypadku naczyni pod wysokim ciśnieniem zazwyczaj konieczna jest ocena metodą radarową lub inną odpowiednią techniką.
Q3: Czy radar jest wpływany przez pianę?
A3: Tak. Wpływ zależy od grubości piany, zawartości wody, struktury pęcherzyków, częstotliwości radarowej oraz właściwości środowiska procesowego. W przypadku trwale powstającej gęstej piany należy przeprowadzić osobną analizę.
Q4: Dlaczego pomiary ultradźwiękowe wymagają kompensacji temperatury?
A4: Prędkość dźwięku w powietrzu zmienia się w zależności od temperatury. Kompensacja temperatury poprawia obliczenia prędkości dźwięku oraz zmniejsza błąd pomiarowy odległości, powstający w wyniku zmian temperatury.
Q5: Czy radar może działać w próżni?
A5: Tak. Radar wykorzystuje fale elektromagnetyczne i nie wymaga powietrza jako nośnika rozprzestrzeniania się. Wybrany instrument musi nadal spełniać wymagane specyfikacje dotyczące temperatury procesu, ciśnienia oraz właściwości mechanicznych.
Q6: Czy masowe ciała stałe należy mierzyć za pomocą ultradźwięków czy radaru?
A6: Obejmuje to obie technologie – mogą być stosowane w przypadku wybranych typów ciał stałych.W zastosowaniach z dużym poziomem pyłu, na duże odległości lub w złożonych systemach silo często stosuje się radar o wysokiej częstotliwości, podczas gdy w prostszych zastosowaniach o krótkiej odległości można również wykorzystywać pomiary ultradźwiękowe.
Q7: Czy przetwornik poziomu oparty na radarze zawsze kosztuje dwukrotnie więcej niż nadajnik ultradźwiękowy?
A7: Nie. Nie ma stałego współczynnika cenowego. Koszt zależy od zakresu pomiarowego, częstotliwości, dokładności, materiałów, dopuszczalnych wartości temperatury i ciśnienia, ochrony, certyfikacji oraz interfejsów komunikacyjnych.
Q8: Czy obie technologie mogą być połączone z PLC?
A8: Tak. W zależności od urządzenia, do integracji z PLC, systemami DCS, RTU oraz systemami zbierania danych można stosować interfejsy takie jak 4-20mA, RS485 Modbus RTU oraz HART.
– Podsumowanie
Główna różnica między przetwornikami poziomu opartymi na falach ultradźwiękowych a nadajnikami opartymi na radarze polega na typie sygnału pomiarowego. Urządzenia ultradźwiękowe wykorzystują fale akustyczne, dlatego temperatura przestrzeni gazowej, skład gazowy, parowanie oraz powstanie pędy mogą wpływać na propagację sygnału. Nadajniki radarowe wykorzystują fale elektromagnetyczne i zazwyczaj oferują szerszy zakres pracy nawet w warunkach próżni, a także przy zmianach temperatury i ciśnienia.
Radar nie ma na celu zastąpienia wszystkich zastosowań ultradźwiękowych, a technologia ultradźwiękowa nie ogranicza się wyłącznie do zbiorników całkowicie otwartych, nie zawierających par. Zastosowania klasyczne – takie jak pomiar poziomu wody czy otwarte kanały – mogą czerpać korzyści z dojrzałości i efektywności kosztowej pomiarów ultradźwiękowych, podczas gdy zastosowania pracujące w warunkach wysokiej temperatury, pod ciśnieniem, w próżni, w środowiskach bogatych w parę oraz w warunkach obecności pyłu często uzasadniają zastosowanie radaru.
METRAVON może skonfigurować rozwiązania pomiarowe poziomu za pomocą ultradźwięków lub radaru w zależności od medium procesowego, zakresu pomiarowego, temperatury, ciśnienia, obecności piany, par, pyłu, geometrii zbiornika oraz wymagań dotyczących interfejsu automatyzacji, z możliwością integracji z PLCs, RTU, DCS oraz systemy zdalnego monitorowania.
