Английский
Китайский
Испанский
Португальский
Французский
Немецкий
Индонезийский
Тайский
Вьетнамский
Арабский
Итальянский
Турецкий
Польский
Японский
Инженерное обобщение
Ультразвуковые и радарные приборы измерения уровня применяются для измерения уровня без соприкосновения, однако они основаны на различных физических принципах. Ультразвуковые приборы используют механические звуковые волны и, следовательно, зависят от длины газового пути между датчиком и поверхностью продукта; радарные приборы используют электромагнитные волны и не требуют воздуха в качестве среды распространения. В результате радары, как правило, обеспечивают более широкий диапазон рабочих условий при работе в вакууме, при высоких температурах, в условиях наличия пара или пыли, а также при сложной геометрии сосуда. Однако их работу могут повлиять пена, конденсат, низкая диэлектрическая постоянная и накопление заряда на антенне.
Содержание
Основное различие между ультразвуковым и радарным методами измерения уровня
| Продукт | Ультразвуковой прибор для измерения уровня | Радарный прибор для измерения уровня |
|---|---|---|
| Измерительный сигнал | Механическая звуковая волна | Электромагнитная волна / микроволновая волна |
| Требуемая среда распространения | Требуется воздух или другой газ | Не зависит от воздуха; может распространяться в вакууме |
| Типичный принцип измерения | Акустическое время полета | Пульс-ToF или FMCW |
| Влияние температуры | Более значимо; требуется компенсация скорости звука | Обычно менее чувствительна, однако все же действуют ограничения, связанные с температурой прибора |
| Давление / Вакуум | Не может нормально работать в идеальном вакууме | Может использоваться в вакууме;Разрядное давление зависит от конкретной модели: |
| — для пыли; | — для плотной пыли; | — пыль может ослаблять звук; |
| — обычно более подходящий вариант, однако при работе с экстремальной пылью необходимо провести оценку; | — угол луча; | — часто относительно широкий; |
| — высокочастотный радар может обеспечивать узкий луч; | — требует чистого акустического пути; | — радар с узким лучом частотой 80 ГГц часто обладает преимуществом; |
— как работает ультразвуковое измерение уровня?
Ультразвуковой датчик уровня передает высокочастотные звуковые волны через газообразное пространство над продуктом; звук отражается от поверхности жидкости или твёрдых тел и возвращается к приемнику.
d = v × t / 2
гдеdДистанция:v— скорость звука в газе;tЭто время распространения сигнала в оба направления.
Важно отметить, что скорость звука не является абсолютно постоянной при любых условиях поля: она зависит от температуры и состава газа; именно поэтому промышленные ультразвуковые приборы обычно используют компенсацию температуры.
Как работает радарная измерительная система уровня?
Радар излучает микроволновые электромагнитные сигналы в направлении поверхности жидкости или твёрдых тел и анализирует отражённый эхо.
Микроволновая передача → Отражение сигнала от поверхности изделия → Прием эха → Обработка сигнала → Расчет расстояния → Конвертация уровня
Для импульсного радара:
d = c × t / 2
Для радара типа FMCW расстояние определяется по разнице частот между переданным сигналом обзора и задержанным сигналом возврата.
«26 ГГц» и «80 ГГц» описывают рабочую частоту; «Импульс» и «FMCW» описывают метод измерения и обработки сигналов.
Сравнение производительности;
| Условия эксплуатации; | Ультразвуковая система; | Радарная система; |
|---|---|---|
| Простой водяной резервуар; | Подходит; | Подходит; |
| Открытый бассейн; | Подходит; | Подходит; |
| Вакуумный сосуд; | Не подходит; | Может быть оценена; |
| Пары при высокой температуре | – более сильно затронут; | – обычно рекомендуется приоритизировать; |
| – силинг для очистки от пыли; | – затухание звука может быть значительным; | – обычно более подходящий вариант. |
| Толстая пена | может обнаруживать поверхность пены или терять эхо | также требуется специальная оценка для пены |
| узкий луч | широкий луч может взаимодействовать с стенками | узкий луч с частотой 80 ГГц является более предпочтительным |
| сложная внутренняя конструкция | отражения из-за помех более сложны | радар с узким лучом позволяет более легко обходить препятствия |
| дистанционный сило | дальность действия должна быть тщательно оценена | высокопроизводительный радарЧасто более подходящий |
| – Простое приложение с учетом стоимости | – Часто экономически эффективный | – Обычно более дорогостоящий |
Как температура влияет на обе технологии?
– Ультразвуковое измерение зависит от скорости звука в газовом паттерне; поскольку скорость звука изменяется с изменением температуры, неправильная компенсация может привести к ошибкам определения расстояния.
Электромагнитное распространение радиоволн значительно менее чувствительно к нормальным колебаниям температуры газа; однако сам радарный прибор всё же подвержен ограничениям, связанным с температурой окружающей среды, температурой технологического процесса, герметичностью и электроникой.
Условия давления и вакуума
Вакуум
Ультразвуковые волны требуют материальной среды — например, воздуха или газа. В идеальном вакууме звук не распространяется в обычном режиме; однако электромагнитные волны радара могут распространяться в вакууме.
Давление
Для податочных сорезервуаров механический проектирование приборов имеет критическое значение. Необходимо уточнить максимальное рабочее давление, класс давления фланцев, уплотнения и все необходимые разрешения.
Как пена влияет на измерение?
Неправильно полагать, что радар всегда проходит через пену, а ультразвуковая диагностика — всегда не срабатывает.
Ультразвуковая диагностика и пена
Пена способна поглощать, рассеивать или отражать акустическую энергию. Толстая пена может значительно снизить уровень реального эха от поверхности жидкости. Эффективность радара
и пены
зависит от толщины пены, содержания влаги, размера пузырьков, плотности, рабочей частоты и диэлектрических свойств жидкости. В некоторых случаях радар может обнаруживать верхнюю границу пены, а не поверхность жидкости, расположенной под ней.
Для применений с использованием толстой пены определите, является ли требуемым объектом измерения реальная граница раздела между жидкостью и пены или верхняя поверхность пены.
Какая технология более подходящая для пылевых сило?
Высокие концентрации цементной пыли, минерального порошка, угольной пыли или зерновой пыли могут ослаблять и рассеивать ультразвуковую энергию.
Радар, как правило, более подходящий для работы с плотной пылью; однако экстремальная концентрация пыли, накопление пыли на антенне и материалы с низким диэлектрическим показателем всё же могут ухудшить качество радарного эха.
Для сложных силосов с крупнозавалочным материалом рекомендуется сначала оценить возможность применения радара с узким лучом частотой 80 ГГц.
Пар и конденсация
В жарких сосудах могут возникать пары, температурные градиенты, высокая влажность и конденсация; эти условия могут существенно повлиять на скорость распространения ультразвукового сигнала и на передачу акустической энергии. Поэтому радар
часто предпочтительнее при работе в условиях сильной паровой среды; однако сильная конденсация на антенне радара может ухудшить качество отражений или вызвать ложные отражения.
Почему угол луча имеет значение?
Ни ультразвуковая система, ни радар представляют собой бесконечно тонкую линию; обе они формируют луч или измерительный конус. Стенки резервуара, лучи, лестницы, перемешиватели, катушки и заправочные трубы внутри этого луча могут вызывать нежелательные отражения.
Одной из основных преимуществ радара с частотой 80 ГГц является возможность формирования узкого луча при соответствующей конструкции антенны. Это особенно полезно для баков малого диаметра, реакторов, узких силиконов и мест установки, расположенных вблизи стенки сосуда.
Как сравнивать дальность и точность измерений?
Не следует рассматривать фиксированные значения, такие как «ультразвуковая дистанция — 50 м» или «радарная дистанция — 70 м», как универсальные отраслевые нормы. Фактическая дальность зависит от конкретной модели и условий эксплуатации.
Ультразвуковое дальнюшее расстояние зависит от акустической мощности, частоты, температуры, уровня пыли или паров, площади цели и угла наклона поверхности.
Радарное дальнюшее расстояние зависит от рабочей частоты, коэффициента усиления антенны, диэлектрической постоянной, геометрии поверхности твердых тел, уровня пыли, методов обработки сигнала и конструкции установки.
Правильный инженерный вопрос:Каков эффективный диапазон действия данной конкретной модели в реальных условиях среды и технологического процесса?
Является ли радар всегда более точным, чем ультразвуковой прибор?
Высокопроизводительный миллиметровый радар FMCW позволяет достичь отличного разрешения и точности на уровне миллиметров, однако не каждый радар является более точным, чем любой ультразвуковой прибор.
Для простых водяных резервуаров ультразвуковое измерение может полностью удовлетворить требуемую точность. Радарные системы, как правило, обладают большими преимуществами при измерении в резервуарах с высокой точностью, в сложных силионах или при сложном контроле технологических процессов.
— радар с частотой 26 ГГц по сравнению с радаром 80 ГГц;
| — модель | — радар с частотой 26 ГГц; | — радар с частотой 80 ГГц; |
|---|---|---|
| — уровень зрелости технологии; | — зрелая технология; | — зрелая и широко используемая технология; |
| — угол луча; | — обычно более широкий; | — обычно более узкий; |
| — размер антенны; | — относительно крупный; | — может быть более компактным; |
| — применим для крупных резервуаров; | — подходящий вариант; | —Подходящие малые резервуары |
| — необходимо оценить зазор в балке; | — зачастую целесообразно; | |
| — сложные внутренние элементы; | — позиция монтажа имеет большую значимость; | — узкая балка часто оказывает преимущество; |
| — силисы для твердых веществ; | — применимо; | — для сложных силисов зачастую рекомендуется оценка на частоте 80 ГГц; |
— различия при установке;
— ультразвуковая установка;
— направьте датчик примерно перпендикулярно поверхности продукта.
Избегайте прохождения по потоку наполнения.
Избегайте расположения рядом с стенами или внутренними конструкциями.
Учитывайте компенсацию температуры.
Поддерживайте поверхность датчика чистой.
Избегайте зон с сильным испарением или сильным газовым потоком.
Установка радара
Избегайте прямого выравнивания с потоком наполнения.
Используйте угол луча для обхода стен и внутренних конструкций.
Предотвращайте сильное загрязнение антенны и образование конденсата.
Проверьте геометрию сопла.
Правильно настройте калибровку в пустом и заполненном состояниях.
При необходимости выполните картирование ложных эхо-сигналов.
Типичные промышленные применения.
1. Простые водные резервуары и открытые бассейны
выбор между ультразвуковой и радарной системой зависит от бюджета, требуемой точности и интерфейса связи.
2. Силио для цемента, минерального порошка и угля
радарная система обычно рекомендуется при работе с тяжелыми пыльными материалами, при необходимости дальнего зондирования, при неправильной форме поверхности твёрдых тел или при сложной геометрии силио.
3. Химические резервуары и реакторы
Радиолокационный передатчик уровня → 4–20 мА mA/HART → PLC / DCS
4. Резервуары малого диаметра
— в случаях, когда расстояние до стены ограничено, следует применять радар с узким лучом или радар с управляемыми волнами
5. Дистанционный мониторинг нескольких силикон
Радиолокационные передатчики уровня → RS485, Modbus RTU → RTU / Промышленный шлюз → 4G / Ethernet → SCADA / IoT;
PLC – интеграция с RTU и промышленным шлюзом
4–20 мА; mA
Уровневый трансмиттер → 4–20 мА mA → PLC (AI / DCS)
4–20 мА mA/HART
Радиолокационный передатчик уровня → 4–20 мА mA/HART → PLC / DCS / система HART
RS485 Modbus RTU
Устройство уровня → RS485, Modbus RTU → PLC / RTU / Промышленный шлюз
Радар → RS485 → Гateway → 4G / Ethernet → MQTT / HTTP → SCADA / Клиентский сервер
Таблица инженерного отбора
| Состояние проекта | Технология для оценки (первая) | Причина |
|---|---|---|
| Простой открытый бассейн | Ультразвуковая или радарная система | Обе системы могут быть использованы в простых условиях |
| Простой водяной резервуар | Ультразвуковая или радарная система | Выбор по стоимости, точностиИнтерфейс |
| (вакуумный сосуд), | (радар), | (ультразвуковая система) требуют среды распространения. |
| Радар высокой температуры | ультразвуковой радар | — более чувствительны к условиям газового канала |
| силиконовый сило для работы при высоком уровне пыли | радар | — акустическое затухание обычно более выражено |
| резервуар малого диаметра | радар с частотой 80 ГГц или радар с управляемой волной | узкий луч или управляемая распространение снижают интерференцию на стенках |
| сложный реактор | радар с частотой 80 ГГц / радар с управляемой волной | зависит от внутренней конструкции и среды |
| толстая пенопластовая оболочка. | Специализированная оценка; | Обе технологии могут быть затронуты; |
| Простой проект с учетом затрат; | Ультразвуковая технология; | Может обеспечить экономические преимущества при соответствующих условиях; |
| Длительный сложный технологический процесс; | Радарная технология; | Обычно обеспечивает более широкий диапазон технологических процессов; |
Какую информацию следует предоставить перед выбором?
| Выбор элемента | Обязательная информация |
|---|---|
| Среда | Жидкость, порошок, гранулы, суспензия и точное наименование продукта |
| Диапазон | Максимальное расстояние до нижней поверхности продукта |
| Размер сосуда | Высота, диаметр, форма |
| Температура | Температура окружающей среды и процесса |
| Давление | Атмосферная, под давлением или вакуум |
| Пыль | Имеется ли тяжелая взвешенная пыль |
| Пена | Толщина, стойкость, содержание влаги |
| Паз/конденсация | Постоянно присутствует ли |
| Внутренние части | Агитаторы, катушки, лестницы, трубопроводы для наполнения |
| Подключение к технологическому процессу | Винт, фланец, размер |
| Выход | 4–20 мА mA, HART, RS485; Modbus RTU; |
| Система управления | PLC, DCS, RTU, SCADA, промышленный шлюз |
FAQ
Q1: Какой метод измерения — ультразвуковой или радарный — более точен?
Высокопроизводительный радар обеспечивает более высокое разрешение, однако фактическую точность необходимо сравнивать для каждого конкретного моделя.
Q2: Можно ли использовать ультразвуковое измерение в вакууме?
Обычно — нет. Ультразвуковые волны требуют наличия газа или иного материального среды; электромагнитные волны радара могут распространяться в вакууме.
Q3: Влияет ли пена на работу радара?
Нет. Густая или влажная пена может ослаблять или отражать радарные сигналы. В некоторых случаях радар измеряет поверхность пены.
Q4: Почему ультразвуковая технология менее подходяща для силиконов с высоким уровнем пыли?
Густая взвешенная пыль может поглощать и рассеивать акустическую энергию, снижая объём используемого отражения.
Q5: Может ли радар использоваться в вакуумных или условиях высокого давления?
Радарные сигналы могут распространяться в вакууме; однако механическое давление прибора, уплотнения и технологические соединения должны соответствовать характеристикам сосуда.
Q6: Необходима ли компенсация температуры при ультразвуковых измерениях?
Обычно — да, поскольку скорость звука зависит от температуры.
Q7: Почему радар с частотой 80 ГГц подходит для малых резервуаров?
Короткая длина волны позволяет применять конструкции антенн с узким лучом, что снижает отражения от стен ближайших резервуаров.
Q8: Нужен ли радар всегда для простого водного бассейна?
Нет. Если процесс прост и отсутствуют сильные пары, пена или градиент температуры, ультразвуковое измерение может быть экономически эффективным решением.
Q9: Могут ли ультразвуковой и радарный датчики подключаться к устройству PLC?
Да, в зависимости от интерфейса устройства. Распространёнными вариантами являются модели 4-20 mA и RS485 Modbus RTU; кроме того, многие радарные приборы поддерживают протокол HART.
Q10: Следует ли сравнивать ультразвуковые и радарные датчики в первую очередь по цене?
Нет. Сначала убедитесь в соответствии устройства требованиям процесса, а затем сравните дальность действия, точность, условия монтажа, коммуникационный интерфейс, обслуживание и стоимость на весь жизненный цикл.
Заключение
Ультразвуковая и радарная технологии измерения уровня жидкости относятся к группе бесконтактных методов, однако физика распространения волн этих технологий определяет различные ограничения при их применении. Ультразвуковая методика является экономически эффективной для большинства простых резервуаров и бассейнов. Радарная методика, как правило, позволяет использовать её в более широком диапазоне условий — в вакуумных условиях, при наличии пыли, при высоких температурах, при наличии паров, при работе с сложной внутренней конструкцией сорезервуаров и при измерении объёмных твёрдых материалов на больших расстояниях.
При выборе ультразвуковой, радара с частотой 26 ГГц, радара с частотой 80 ГГц, радара с гибкими волнами или другой технологии измерения уровня следует учитывать такие факторы, как среда, диапазон, температура, давление, пенность, пыль, пары, геометрия сосуда, пространство для монтажа, точность измерений и интерфейс связи.
METRAVON — выбор прибора для измерения уровня в промышленных условиях
— для оценки проекта: предоставьте среду (жидкую или твёрдую), максимальное расстояние измерения, размеры сосуда или силико, температуру и давление в процессе, условия вакуума, условия образования пены, паров, пыли или конденсата, внутреннюю структуру, тип соединения в процессе, интерфейс связи, базовую систему, а также фотографии или чертежи объекта.
