ประเภทของเครื่องมือวัดระดับเรดาร์

ประเภทของเครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์: คู่มือการเลือกเครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์แบบไม่สัมผัส, FMCW และเรดาร์แบบคลื่นนำทาง

เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงเพื่อวัดตำแหน่งของของเหลวหรือพื้นผิวของของแข็งในรูปแบบมวล โดยมีการประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลายสำหรับการวัดระดับอย่างต่อเนื่องในถังจัดเก็บในอุตสาหกรรม ถังปฏิบัติการ และไซโลของของแข็งในรูปแบบมวล

จากมุมมองของวิธีการวัด เทคโนโลยีระดับด้วยเรดาร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ เรดาร์แบบไม่สัมผัส () และเรดาร์คลื่นนำทาง () (GWR) ()เรดาร์แบบไม่สัมผัสส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านช่องว่างในอากาศเหนือสื่อกลาง ในขณะที่เรดาร์แบบคลื่นนำทางจะส่งพัลส์เรดาร์ไปตามแท่ง สายเคเบิล หรือหัวตรวจจับแบบโคแอกซิอัล

ประเภททั้งสองนี้สามารถจำแนกย่อยเพิ่มเติมได้ตามเทคโนโลยีสัญญาณ ความถี่ในการทำงาน โครงสร้างเสาอากาศ และการออกแบบหัวตรวจจับ

1. เครื่องวัดระดับเรดาร์มีประเภทหลักสองประเภทใดบ้าง?

2. เครื่องวัดระดับเรดาร์แบบไม่ต้องสัมผัสคืออะไร?

เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์แบบไม่สัมผัส ซึ่งเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เรดาร์ในอวกาศอิสระ มักถูกติดตั้งไว้ที่ด้านบนของถังหรือไซโล โดยเสาอากาศของเครื่องจะส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปยังพื้นผิวของวัสดุ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ว่างเหนือตัวกลาง สะท้อนกลับจากพื้นผิวของของเหลวหรือวัสดุแข็ง และส่งกลับไปยังเสาอากาศ อุปกรณ์นี้วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างเวลาหรือความถี่ของสัญญาณที่ส่งออกไปและสัญญาณที่สะท้อนกลับ เพื่อคำนวณระยะทาง แล้วแปลงค่าดังกล่าวเป็นระดับสัญญาณ

แบบออกแบบเสาอากาศที่นิยมใช้ ได้แก่ เสาอากาศรูปกรง (horn antenna) เสาอากาศแบบเลนส์ (lens antenna) และเสาอากาศแบบกระบวนการห่อหุ้ม (encapsulated process antenna) โดยแบบที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับความถี่ในการทำงาน สื่อกลางในกระบวนการผลิต อุณหภูมิ ความดัน และระดับการกัดกร่อนของสื่อกลาง

3. อุปกรณ์เรดาร์แบบไม่สัมผัสถูกจำแนกประเภทอย่างไรตามหลักการของเทคโนโลยีสัญญาณ?

ในแง่ของการประมวลผลสัญญาณ เรดาร์แบบไม่สัมผัสสามารถแบ่งออกเป็นหลักได้เป็นเรดาร์แบบพัลส์และFMCW เรดาร์,

3.1. เครื่องมือวัดระดับเรดาร์แบบพัลส์

เรดาร์แบบพัลส์จะส่งพัลส์ไมโครเวฟขนาดสั้นอย่างเป็นระยะ และรับสัญญาณสะท้อนที่มาจากพื้นผิวของวัสดุ โดยระยะทางจะถูกคำนวณจากเวลาที่พัลส์ใช้ในการเดินทางไปและกลับ

ระยะทาง = ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า × เวลาในการเดินทางไปและกลับ ÷ 2

เรดาร์แบบพัลส์มีประวัติการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมมาอย่างยาวนาน และสามารถประยุกต์ใช้ได้กับทั้งของเหลวและของแข็งในปริมาณมาก ประสิทธิภาพที่แท้จริงขึ้นอยู่กับความถี่ การออกแบบเสาอากาศ การประมวลผลสัญญาณ และเงื่อนไขการติดตั้ง

3.2. FMCW เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์

FMCW ย่อมาจาก Frequency Modulated Continuous Wave ซึ่งในระหว่างการสแกนความถี่แต่ละรอบ เครื่องมือจะปรับเปลี่ยนความถี่ที่ส่งออกไปอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้สัญญาณสะท้อนกลับมีความแตกต่างของความถี่เมื่อเปรียบเทียบกับสัญญาณที่ส่งออกไปในขณะนั้น

ความแตกต่างของความถี่นี้มีความสัมพันธ์กับระยะทางของเป้าหมาย ซึ่งช่วยให้เครื่องมือสามารถระบุตำแหน่งของพื้นผิววัสดุได้โดยอาศัยการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล โดย FMCW ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องเรดาร์ความถี่สูงยุคใหม่ที่ไม่ต้องสัมผัส

เรดาร์แบบพัลส์

ใช้เวลาที่คลื่นไมโครเวฟพัลส์สั้นเดินทางเพื่อกำหนดระยะทาง

FMCW Radar

กำหนดระยะทางจากความแตกต่างของความถี่ระหว่างสัญญาณที่ส่งออกและสัญญาณที่สะท้อนกลับ

4. เครื่องมือวัดระดับด้วยเรดาร์สามารถจัดประเภทตามความถี่ได้หรือไม่?

ใช่ ผลิตภัณฑ์เรดาร์แบบไม่สัมผัสสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมมีให้เลือกในช่วงความถี่ที่หลากหลาย ซึ่งรวมถึงเรดาร์ความถี่ต่ำแบบดั้งเดิม ที่มีช่วงความถี่ประมาณ 24– 26GHz เรดาร์ รวมถึงเทคโนโลยีความถี่สูงสมัยใหม่ เช่น 60GHz และ 80GHz เรดาร์

ความถี่ในการทำงานมีผลต่อความยาวคลื่น ขนาดของเสาอากาศ และลักษณะของลำแสง โดยในกรณีที่ขนาดของเสาอากาศมีความใกล้เคียงกัน เรดาร์ที่มีความถี่สูงกว่ามักให้ลำแสงที่แคบกว่า ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับเรือขนาดเล็ก หัวฉีดที่มีความยาวมาก ถังที่มีสิ่งกีดขวางภายใน และไซโลที่บรรจุวัสดุแข็งจำนวนมาก

ความถี่เป็นเพียงปัจจัยหนึ่งในการเลือกเท่านั้น ทั้งนี้ยังจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยอื่นๆ เช่น ค่าการสะท้อนแสงในระดับปานกลาง การควบแน่นของของเหลว ฟองอากาศ การสะสมของวัสดุ โครงสร้างการติดตั้ง และสภาวะในกระบวนการผลิต

5. เรดาร์ประเภทใดที่ถือว่าเป็น 80GHz เครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์?

80GHz เรดาร์จัดอยู่ในกลุ่มเรดาร์ความถี่สูงแบบไม่สัมผัส ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ 80GHz ผลิตภัณฑ์ที่นิยมใช้ FMCW เทคโนโลยีนี้ผสานรวมความถี่สูง คลื่นความยาวสั้น และลำแสงที่มีความกว้างค่อนข้างแคบ เพื่อใช้ในการวัดระดับของของเหลวและของแข็งในปริมาณมาก

ลำแสงที่มีความแคบสามารถลดการรบกวนจากผนังเรือ ลำแสงท่อ ท่อส่ง และโครงสร้างภายในอื่น ๆ ได้ ดังนั้น 80GHz เรดาร์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในถังเก็บสารเคมี ระบบบำบัดน้ำ ถังปฏิบัติการขนาดกะทัดรัด รวมถึงไซโลสำหรับจัดเก็บผงหรือวัสดุที่มีลักษณะเป็นเม็ด

มุมของลำแสง ช่วงการวัด ความแม่นยำ รวมถึงค่าการรองรับอุณหภูมิหรือความดันในแต่ละกระบวนการ เป็นพารามิเตอร์ที่ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด ซึ่งควรตรวจสอบยืนยันจากเอกสารข้อมูลของรุ่นที่เลือกใช้

6. เรดาร์คลื่นนำคืออะไร?

เรดาร์คลื่นนำ หรือ GWR นั้น อาศัยเทคโนโลยี TDR (Time Domain Reflectometry) เป็นพื้นฐาน

โดยทั่วไป เครื่องมือนี้จะถูกติดตั้งไว้ที่ด้านบนของภาชนะ โดยมีแท่งโลหะ สายเคเบิล หรือโพรบแบบโคแอกซิอัลยื่นเข้าไปในกระบวนการผลิต สัญญาณเรดาร์จะเคลื่อนที่ไปตามโพรบนั้น เมื่อสัญญาณมาถึงพื้นผิวของวัสดุ การเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติไดอิเล็กทริกจะทำให้สัญญาณบางส่วนถูกสะท้อนกลับไปตามโพรบนั้น

อุปกรณ์นี้ใช้เวลาที่พัลส์เรดาร์ใช้ในการเดินทางไปและกลับ เพื่อกำหนดตำแหน่งของวัสดุ โดยความยาวของหัวตรวจจับจะถูกกำหนดตามช่วงการวัดและลักษณะทางเรขาคณิตของเรือ ซึ่งไม่จำเป็นต้องไปถึงก้นเรือในทุกกรณีการประยุกต์ใช้งาน

7. เรดาร์คลื่นนำทางสามารถจำแนกตามประเภทของหัวตรวจจับได้อย่างไร?

เรดาร์คลื่นนำทางสามารถจำแนกเพิ่มเติมตามการออกแบบหัวตรวจจับ ได้แก่ หัวตรวจจับแบบแท่ง หัวตรวจจับแบบสายเคเบิล และหัวตรวจจับแบบโคแอกซิอัล

หัวตรวจจับแบบแท่ง GWR

ใช้แท่งโลหะที่มีความแข็งแรง ซึ่งเหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้งานกับของเหลวในระยะสั้นถึงปานกลาง รวมถึงวัสดุของแข็งบางประเภทที่ได้รับการคัดเลือก

เครื่องตรวจวัดด้วยสายเคเบิล GWR;

ใช้สายเคเบิลที่มีความยืดหยุ่น เหมาะสำหรับเรือที่มีความสูงหรือมีช่วงการวัดที่ยาวขึ้น โดยคำนึงถึงการเคลื่อนที่ของเครื่องตรวจวัด แรงตึง และโครงสร้างภายใน;

เครื่องตรวจวัดแบบโคแอกซิอัล GWR

ใช้โครงสร้างหัววัดแบบโคแอกซิอัลเพื่อให้เส้นทางสัญญาณมีความเข้มข้นยิ่งขึ้น ซึ่งมักถูกนำมาประยุกต์ใช้กับของเหลวที่ได้รับการคัดเลือกเฉพาะ และในสภาวะการวัดที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่า

ผลิตภัณฑ์เรดาร์แบบคลื่นนำบางชนิดยังใช้โครงสร้างหัววัดพิเศษอื่น ๆ เช่น โครงสร้างแท่งคู่ สายเคเบิลคู่ หรือโครงสร้างอื่นที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ การเลือกใช้จะขึ้นอยู่กับประเภทของตัวกลาง ระยะการตรวจวัด คุณสมบัติทางไดอิเล็กทริก ความหนืด ภาวะการเกิดฟอง โครงสร้างภายใน และเงื่อนไขการติดตั้งทางกล

8. ทำไมเรดาร์แบบคลื่นนำจึงเหมาะสมสำหรับการวัดคุณสมบัติที่ผิวสัมผัส?

เมื่อของเหลวสองชนิดที่ไม่สามารถละลายร่วมกันได้แยกตัวเป็นชั้นที่ต่างกัน การเปลี่ยนแปลงค่าไดอิเล็กทริกระหว่างของเหลวชั้นบนและชั้นล่างสามารถก่อให้เกิดการสะท้อนสัญญาณเรดาร์เพิ่มเติมได้ เครื่องมือเรดาร์แบบคลื่นนำที่ได้รับการคัดเลือกบางประเภทสามารถวิเคราะห์ทั้งพื้นผิวของของเหลวชั้นบนและบริเวณรอยต่อระหว่างของเหลวทั้งสองได้ สำหรับการวัดบริเวณรอยต่อ

000 จำเป็นต้องคำนึงถึงคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของของเหลวทั้งสองชนิด ความหนาของของเหลวชั้นบน ชั้นอิมัลชัน และเงื่อนไขในกระบวนการผลิตดังนั้น ควรเลือกใช้แบบจำลองที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการวัดค่าอินเทอร์เฟซ

9. ความแตกต่างระหว่างเรดาร์แบบไม่สัมผัสกับเรดาร์แบบคลื่นนำคืออะไร?

10. เรดาร์แบบไม่สัมผัสได้รับผลกระทบจากฝุ่น อุณหภูมิ และไอระเหยหรือไม่?เรดาร์

ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดันในอากาศจึงไม่ก่อให้เกิดความคลาดเคลื่อนของระยะทางจากอัตราการเคลื่อนที่ของเสียง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่อาจเกิดขึ้นในการวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก นอกจากนี้ เรดาร์ยังมีช่วงการทำงานที่กว้างในสภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นและมีไอน้ำอยู่ในปริมาณมากโดยทั่วไป

ประสิทธิภาพที่แท้จริงยังคงอาจได้รับผลกระทบจากฝุ่นในปริมาณมาก, การควบแน่นอย่างรุนแรง, การสะสมตัวของแอนเทนนา, ไอระเหยในปริมาณมาก, คุณสมบัติของสารไดอิเล็กทริก รวมถึงผลของอุณหภูมิและความดันในกระบวนการผลิตที่มีต่อแอนเทนนา, ตัวซีล และโครงสร้างทางกล

ดังนั้น การประยุกต์ใช้งานที่มีความต้องการสูงควรเลือกใช้ร่วมกับแบบจำลองเรดาร์ ที่ออกแบบเสาอากาศ และค่าการรองรับตามข้อกำหนดที่เหมาะสม โดย

11. ควรพิจารณาใช้เรดาร์แบบไม่สัมผัสในกรณีใด?

องค์ประกอบตรวจจับไม่ควรสัมผัสกับตัวกลาง

ตัวกลางทางเคมีที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนหรือมีแนวโน้มทำให้เกิดการปนเปื้อน

ผง, เม็ด และไซโลของของแข็งในรูปแบบมวลรวม

กระบวนการที่ใช้อุณหภูมิสูง, สภาวะสุญญากาศ หรือการควบคุมความดัน

ถังเก็บขนาดใหญ่และช่วงการวัดที่กว้าง

รูปทรงของภาชนะช่วยให้เส้นทางของลำรังดาร์ชัดเจน

12. ในกรณีใดสามารถพิจารณาใช้เรดาร์คลื่นนำทางได้?

จำเป็นต้องทำการวัดระดับที่บริเวณรอยต่อระหว่างของเหลวกับของเหลว

ถังบรรจุมีลักษณะแคบ หรือพื้นที่สำหรับติดตั้งมีจำกัด

พื้นผิวของของเหลวมีการเคลื่อนตัวอย่างรุนแรง

สำหรับการประยุกต์ใช้งานกับโฟมหรือไอน้ำที่เลือกใช้

สำหรับการประยุกต์ใช้งานกับห้องเบย์พาสหรือห้องภายนอก

โพรบสามารถติดตั้งได้อย่างปลอดภัย โดยไม่รบกวนการทำงานของอุปกรณ์ในกระบวนการผลิต

13. ข้อมูลใดบ้างที่จำเป็นสำหรับการเลือกใช้เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์?

| คำถามที่พบบ่อย |

| คำถามที่ 1: เครื่องวัดระดับด้วยเรดาร์มีประเภทหลักสองประเภทคืออะไร? |

| คำตอบที่ 1: โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นเรดาร์แบบไม่สัมผัส และเรดาร์แบบคลื่นนำทางเรดาร์แบบไม่สัมผัสส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านช่องว่าง ส่วนเรดาร์แบบคลื่นนำจะส่งพัลส์เรดาร์ไปตามสายตรวจวัดที่ทำจากโลหะ คำถามที่

Q2: ความแตกต่างระหว่างเรดาร์แบบพัลส์กับเรดาร์แบบ FMCW มีอย่างไร?

A2: เรดาร์แบบพัลส์คำนวณระยะทางจากเวลาที่พัลส์ใช้ในการเดินทาง ในขณะที่เรดาร์แบบ FMCW คำนวณระยะทางจากความแตกต่างของความถี่ระหว่างสัญญาณที่ส่งออกกับสัญญาณสะท้อนกลับ

Q3: เรดาร์ที่ความถี่ 80GHz เป็นเรดาร์ประเภทใด?

A3: เรดาร์ที่ความถี่ 80GHz โดยทั่วไปเป็นเทคโนโลยีเรดาร์ความถี่สูงที่ไม่ต้องสัมผัสเป้าหมาย และผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมยุคใหม่ส่วนใหญ่ใช้การวัดด้วยวิธี FMCW

Q4: เรดาร์แบบคลื่นนำถือเป็นการวัดแบบสัมผัสหรือไม่?

A4: แท่ง สายเคเบิล หรือหัววัดแบบโคแอกซิอัล จะถูกนำเข้าไปสัมผัสกับตัวกลางในกระบวนการผลิต ดังนั้น จากมุมมองการติดตั้ง เทคโนโลยีเรดาร์คลื่นนำทางจึงมักถูกจัดอยู่ในกลุ่มเทคโนโลยีการวัดระดับอย่างต่อเนื่องแบบสัมผัส

Q5: หัววัดของเรดาร์คลื่นนำทางจำเป็นต้องไปถึงก้นถังหรือไม่?

A5: ไม่จำเป็น ความยาวของหัววัดควรเลือกตามช่วงการวัด ลักษณะทางเรขาคณิตของถัง และข้อกำหนดเฉพาะของเครื่องมือวัดแต่ละชนิด

Q6: มีประเภทของโพรบใดบ้างที่สามารถใช้กับเรดาร์คลื่นนำทาง?

A6: แบบจำลองหัวตรวจจับที่นิยมใช้ ได้แก่ แบบแท่ง แบบสายเคเบิล และแบบโคแอกซิอัล นอกจากนี้ บางผลิตภัณฑ์ยังมีแบบแท่งคู่ แบบสายเคเบิลคู่ หรือโครงสร้างเฉพาะทางอื่นๆ อีกด้วย

Q7: แบบเรดาร์ประเภทใดเหมาะสมกว่าสำหรับไซโลที่บรรจุวัสดุแข็งในปริมาณมาก?

A7: เรดาร์ความถี่สูงแบบไม่สัมผัสถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในไซโลที่บรรจุผงและวัสดุเป็นเม็ด โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่ต้องการระยะตรวจจับไกล มีฝุ่นจำนวนมาก หรือมีโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนผลิตภัณฑ์เรดาร์แบบคลื่นนำที่ได้รับการคัดเลือกสามารถนำมาใช้กับวัสดุแข็งได้ โดยขึ้นอยู่กับลักษณะทางกลของหัวตรวจวัดและคุณสมบัติของวัสดุ คำถาม

Q8: เทคโนโลยีเรดาร์ประเภทใดที่เหมาะสมสำหรับการวัดบริเวณรอยต่อระหว่างของเหลวสองชนิด?

A8: เรดาร์คลื่นนำทางที่มีความสามารถเฉพาะสำหรับการวัดผ่านอินเทอร์เฟซ ถูกนำมาใช้โดยทั่วไปในการวัดอย่างต่อเนื่องระหว่างชั้นน้ำยาสองชั้นที่ไม่สามารถผสมกันได้ โดยจำเป็นต้องยืนยันคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของสื่อทั้งสองชนิด ที่มา:

บทสรุป

เครื่องวัดระดับเรดาร์โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นเรดาร์แบบไม่สัมผัส และเรดาร์แบบคลื่นนำทาง โดยเรดาร์แบบไม่สัมผัสจะส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านช่องว่าง และสามารถจำแนกย่อยออกเป็นเรดาร์แบบพัลส์ และ FMCW เรดาร์: ในแง่ของความถี่ที่ใช้งาน ผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมอาจรวมถึงเรดาร์แบบดั้งเดิมที่ใช้ความถี่ต่ำ ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 24– 26GHz เรดาร์ และเทคโนโลยีสมัยใหม่ที่ทำงานที่ความถี่ 60GHz หรือ 80GHz เรดาร์

เรดาร์คลื่นนำทางจะส่งสัญญาณรادาร์ไปตามแท่งโลหะ สายเคเบิล หรือหัวตรวจวัดแบบโคแอกซิอัล และสามารถจำแนกประเภทเพิ่มเติมได้ตามโครงสร้างของหัวตรวจวัด ลักษณะการแพร่กระจายที่มีความเข้มข้นสูงทำให้เทคโนโลยีนี้เหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้งานเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการวัดการเคลื่อนตัวของพื้นผิว ฟองอากาศ และบริเวณรอยต่อระหว่างของเหลวกับของเหลว

METRAVON ผลิตภัณฑ์สำหรับการวัดระดับเรดาร์สามารถเลือกใช้ได้ทั้งแบบไม่สัมผัสและแบบคลื่นนำทาง โดยพิจารณาจากลักษณะของสื่อในกระบวนการผลิต ระยะการวัด อุณหภูมิ ความดัน คุณสมบัติไดอิเล็กทริก ฟองอากาศ ไอระเหย ฝุ่นละออง รูปทรงของภาชนะ รวมถึงข้อกำหนดด้านอินเทอร์เฟซสำหรับระบบอัตโนมัติ ทั้งนี้ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวรองรับอินเทอร์เฟซในอุตสาหกรรม เช่น 4-20mA และ RS485 Modbus RTU สำหรับการวัดระดับอย่างต่อเนื่องที่สามารถใช้งานร่วมกันและขยายขนาดได้ ในถังเก็บ วัตถุภาชนะสำหรับกระบวนการผลิต และไซโลสำหรับการขนส่งของแข็งในปริมาณมาก