เปรียบเทียบเครื่องส่งสัญญาณระดับอัลตราโซนิกและเรดาร์: หลักการ การใช้งาน และการเลือก

เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบอัลตราโซนิกและเรดาร์ เป็นเทคโนโลยีที่ไม่ต้องสัมผัส ซึ่งถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายสำหรับการวัดระดับของของเหลวอย่างต่อเนื่องและของแข็งในปริมาณมาก ทั้งสองระบบนี้สามารถคำนวณระยะทางระหว่างเซนเซอร์กับพื้นผิววัสดุได้ แต่ใช้สัญญาณที่แตกต่างกัน จึงส่งผลให้พฤติกรรมของระบบมีความแตกต่างกันเมื่ออยู่ภายใต้สภาวะที่เปลี่ยนแปลงไป เช่น อุณหภูมิ ความดัน ไอน้ำ ฟองอากาศ ฝุ่น และเงื่อนไขในกระบวนการผลิต

อุปกรณ์อัลตราโซนิกใช้คลื่นเสียง ในขณะที่อุปกรณ์เรดาร์ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความแตกต่างในหลักการวัดนี้จึงเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เทคโนโลยีทั้งสองมีขีดจำกัดในการประยุกต์ใช้งานที่แตกต่างกัน การเลือกใช้ควรพิจารณาจากสภาพแวดล้อมของกระบวนการผลิต ความแม่นยำที่ต้องการ เงื่อนไขการติดตั้ง และต้นทุนรวมของโครงการ

1. อุปกรณ์ส่งสัญญาณระดับแบบอัลตราโซนิกทำงานอย่างไร?

มีการติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณระดับด้วยคลื่นอัลตราโซนิกไว้เหนือพื้นผิวของวัสดุ โดยเครื่องดังกล่าวจะส่งสัญญาณพัลส์ทางเสียงไปยังของเหลวหรือของแข็ง ซึ่งสัญญาณพัลส์นี้จะสะท้อนกลับจากพื้นผิว แล้วถูกรับกลับมาโดยตัวแปลงสัญญาณอีกครั้ง

อุปกรณ์นี้คำนวณระยะทางจากเวลาการเดินทางไป-กลับ ดังนี้:

ระยะทาง = ความเร็วของเสียง × เวลาการเดินทางไป-กลับ ÷ 2

หากทราบระดับอ้างอิงของการติดตั้ง สามารถคำนวณระดับที่แท้จริงได้ดังนี้:

ระดับ = ระดับอ้างอิง − ระยะทางที่วัดได้

เนื่องจากคลื่นเสียงเคลื่อนที่ผ่านช่องว่างของก๊าซระหว่างเซนเซอร์กับพื้นผิววัสดุ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศ องค์ประกอบของก๊าซ และไอน้ำ จึงมีผลต่อการวัดฟองอากาศและการไหลของอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถมีผลต่อการแพร่กระจายของเสียงและคุณภาพของเสียงสะท้อน ดังนั้น เครื่องส่งคลื่นอัลตราโซนิกในอุตสาหกรรมจึงมักใช้การชดเชยอุณหภูมิเพื่อลดความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากอุณหภูมิ

2. เครื่องส่งสัญญาณเรดาร์วัดระดับทำงานอย่างไร?

เครื่องส่งสัญญาณเรดาร์วัดระดับจะส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงจากเสาอากาศไปยังพื้นผิวของวัสดุ คลื่นดังกล่าวจะสะท้อนกลับจากของเหลวหรือของแข็ง แล้วถูกรับกลับมาโดยเสาอากาศอีกตัว

เครื่องมือจะคำนวณระยะทางจากเวลาที่สัญญาณใช้ในการเดินทาง หรือในกรณีของเรดาร์แบบ FMCW จะคำนวณจากความแตกต่างของความถี่ระหว่างสัญญาณที่ส่งออกและสัญญาณที่สะท้อนกลับระยะทางที่วัดได้จะถูกแปลงเป็นระดับที่แท้จริงในลำดับต่อไป

เรดาร์ไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วของเสียงในอากาศ และสามารถทำงานได้ภายใต้สภาวะสุญญากาศ โดยทั่วไปเรดาร์จะมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศ ความดันอากาศ และการไหลของอากาศในระดับต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพจริงของเรดาร์นั้นได้รับอิทธิพลจากคุณสมบัติของวัสดุไดอิเล็กทริก การออกแบบเสาอากาศ วัสดุโฟม การควบแน่นของไอน้ำ ฝุ่นละออง และลักษณะการจัดวางในสถานที่ติดตั้ง เป็นหลัก

3.ข้อแตกต่างหลักระหว่างการวัดระดับด้วยคลื่นอัลตราโซนิกและเรดาร์:

4. การวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกถูกจำกัดอยู่เพียงในสภาวะบรรยากาศเท่านั้นหรือไม่?

ช่วงการทำงานของเครื่องส่งสัญญาณระดับด้วยคลื่นอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของผลิตภัณฑ์นั้นๆ เครื่องมือในอุตสาหกรรมมีให้เลือกหลายรุ่นที่รองรับค่าอ้างอิงด้านกระบวนการ-อุณหภูมิ อุณหภูมิแวดล้อม และความดัน จึงทำให้การวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกไม่ได้ถูกจำกัดอยู่เพียงในถังเปิดที่ไม่มีการควบคุมความดันเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม คลื่นอัลตราโซนิกจำเป็นต้องเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ก๊าซที่อยู่เหนือวัสดุ ซึ่งอุณหภูมิสูง ความดันสูง ไอน้ำที่มีปริมาณมาก องค์ประกอบของก๊าซที่ผิดปกติ หรือความต่างของอุณหภูมิที่มีค่าสูง อาจทำให้สภาพแวดล้อมในการวัดมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากยิ่งขึ้น ภาวะดังกล่าวควรได้รับการประเมินเทียบกับข้อกำหนดเฉพาะของทรานส์ดิวเซอร์และเครื่องมือที่เลือกใช้

5. เรดาร์สามารถนำมาใช้แทนคลื่นอัลตราโซนิกในทุกการประยุกต์ใช้งานได้หรือไม่?

การวัดด้วยเรดาร์และคลื่นอัลตราโซนิกมีช่วงการประยุกต์ใช้งานที่ทับซ้อนกัน แต่แตกต่างกัน โดยทั่วไป เรดาร์ให้ช่วงการทำงานที่กว้างขึ้นในกระบวนการอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูง มีความดันสูง อยู่ในสภาวะสุญญากาศ มีไอน้ำเป็นองค์ประกอบหลัก หรือมีข้อกำหนดเฉพาะที่เข้มงวด ในขณะที่การวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกยังคงเป็นทางเลือกที่มีความพร้อมและมีต้นทุนต่ำ สำหรับถังเก็บน้ำหลายประเภท บ่อบำบัดน้ำเสีย ช่องทางเปิด และการประยุกต์ใช้งานในสภาวะบรรยากาศทั่วไป

การเลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุดควรพิจารณาจากเงื่อนไขของกระบวนการ ผลลัพธ์การวัดที่ต้องการ ข้อจำกัดในการติดตั้ง และต้นทุนของโครงการ โดยไม่ควรถือว่าเทคโนโลยีหนึ่งสามารถนำมาใช้แทนอีกเทคโนโลยีหนึ่งได้อย่างครอบคลุมทุกกรณี

6. เทคโนโลยีใดมีข้อได้เปรียบเมื่อมีโฟมอยู่?

โฟมถือเป็นสภาวะที่สร้างความท้าทายสำหรับทั้งสองเทคโนโลยี เนื่องจากโฟมที่มีความหนาสามารถดูดซับพลังงานอัลตราโซนิกได้ ซึ่งส่งผลให้สัญญาณสะท้อนจากพื้นผิวของของเหลวที่แท้จริงลดลงอย่างมีนัยสำคัญเรดาร์สามารถถูกลดทอนหรือสะท้อนกลับโดยโฟมได้ โดยขึ้นอยู่กับความหนาของโฟม ปริมาณน้ำ โครงสร้างฟองคุณสมบัติของตัวกลาง และความถี่ในการทำงาน

ฟองอากาศที่มีลักษณะเป็นแสงหรือเป็นช่วงๆ ยังคงสามารถให้ผลการวัดที่น่าเชื่อถือได้ด้วยทั้งสองเทคโนโลยี อย่างไรก็ตาม หากเป็นฟองอากาศที่มีความหนาแน่นอย่างต่อเนื่อง อาจจำเป็นต้องมีการเปรียบเทียบอย่างละเอียดระหว่างเทคโนโลยีต่างๆ เช่น เรดาร์แบบไม่สัมผัส เรดาร์คลื่นนำทาง การวัดโดยอาศัยค่าความดัน หรือเทคโนโลยีระดับอื่นที่เหมาะสมอีกแบบ

7. เทคโนโลยีใดมีความเหมาะสมมากกว่าสำหรับไซโลที่บรรจุของแข็งในรูปแบบมวลซึ่งมีฝุ่นละออง?

ทั้งเทคโนโลยีคลื่นอัลตราโซนิกและเทคโนโลยีเรดาร์สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในสถานการณ์ที่ต้องการวัดวัตถุแข็งแบบจำนวนมากได้ อย่างไรก็ตาม ฝุ่นละออง พื้นผิววัสดุที่มีลักษณะเป็นลาดเอียง และการกระจายตัวของคลื่นเสียง อาจส่งผลให้ระยะการใช้งานของเครื่องมือวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกลดลงได้

เรดาร์ความถี่สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง 80GHz เรดาร์ให้ลำแสงที่มีความกว้างแคบ ซึ่งสามารถช่วยให้หลีกเลี่ยงกำแพงถังเก็บ วัสดุที่เป็นลำแสง และโครงสร้างภายในของถังเก็บได้ จึงทำให้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในถังเก็บวัสดุก่อสร้าง เช่น ซีเมนต์ ธัญพืช แร่ธาตุ ถ่านหิน และวัตถุดิบทางเคมี

การคัดเลือกยังคงต้องพิจารณาความเข้มข้นของฝุ่น ความสูงของไซโล มุมระหว่างวัสดุกับพื้นผิว คุณสมบัติทางไดอิเล็กทริก และตำแหน่งการติดตั้งที่มีอยู่

8. เทคโนโลยีใดให้ความแม่นยำที่สูงกว่า?

ความแม่นยำของการวัดไม่สามารถประเมินได้เพียงจากคำว่า "เรดาร์" หรือ "อัลตราโซนิก" เท่านั้น เนื่องจากเครื่องมือแต่ละชนิดมีระดับความแม่นยำ ช่วงการวัด ความสามารถในการประมวลผลสัญญาณ และข้อจำกัดในการประยุกต์ใช้งานที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ คุณภาพของการติดตั้งและเงื่อนไขในกระบวนการผลิตก็ส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้งานจริงในสนามด้วย

เรดาร์มักให้ผลการวัดที่มีความเสถียรในช่วงที่กว้างขึ้นของอุณหภูมิ ความดัน และสภาวะของไอ ซึ่งเป็นการเปิดโอกาสให้มีตัวเลือกผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายยิ่งขึ้น สำหรับการประยุกต์ใช้งานด้านการควบคุมกระบวนการและการจัดเก็บที่มีข้อกำหนดเฉพาะ ในระบบวัดระดับน้ำแบบดั้งเดิมที่ต้องการความเสถียร เครื่องมือตรวจวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกก็สามารถให้ความแม่นยำที่สอดคล้องกับข้อกำหนดของโครงการได้ เช่น

9. ต้นทุนของผลิตภัณฑ์ทั้งสองรุ่นนี้เปรียบเทียบกันอย่างไร?

ไม่มีอัตราส่วนราคาที่คงที่ระหว่างเครื่องส่งสัญญาณระดับด้วยเรดาร์และเครื่องส่งสัญญาณระดับด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ต้นทุนของผลิตภัณฑ์ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ได้แก่ ระยะการวัด การออกแบบระบบเรดาร์หรือระบบอะคูสติก ความแม่นยำ อุณหภูมิและความดันในกระบวนการผลิต การป้องกันภายในตัวเรือน การได้รับการรับรองสำหรับพื้นที่ที่มีความเสี่ยงทางความปลอดภัย วัสดุที่ใช้ โครงสร้างของเสาอากาศหรือทรานส์ดิวเซอร์ รวมถึงอินเทอร์เฟซสำหรับการสื่อสาร

สำหรับการวัดระดับน้ำในบรรยากาศตามวิธีการทั่วไป เครื่องส่งสัญญาณอัลตราโซนิกมักเป็นทางเลือกที่มีต้นทุนต่ำ แต่ในกรณีที่ใช้งานกับถังที่มีอุณหภูมิสูงหรือมีความดันสูง กระบวนการภายใต้สุญญากาศ ไอระเหยที่มีความหนาแน่นสูง หรือไซโลที่มีฝุ่นละอองเป็นจำนวนมาก การประยุกต์ใช้งานเรดาร์ที่มีขอบเขตการใช้งานที่กว้างขึ้น อาจสอดคล้องกับข้อกำหนดทางเทคนิคได้ดีกว่า

10. เทคโนโลยีใดเหมาะสมกับการประยุกต์ใช้งานที่แตกต่างกัน?

ถังเก็บน้ำและอ่างเก็บน้ำ

สามารถใช้ได้ทั้งระบบอัลตราโซนิกและเรดาร์ โดยการเลือกใช้สามารถพิจารณาจากสภาพแวดล้อม ความแม่นยำที่ต้องการ และงบประมาณของโครงการ

อ่างรองรับน้ำเสีย

ควรพิจารณาการเคลื่อนตัวของโฟม ไอน้ำ และพื้นผิว เทคโนโลยีอัลตราโซนิกมีความเหมาะสมสำหรับสภาวะทั่วไปหลายประการ ในขณะที่การใช้งานเรดาร์สามารถประเมินได้ในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่า

ถังที่มีอุณหภูมิสูงหรือมีความดันสูง

เครื่องมือเรดาร์ที่มีค่าระดับอุณหภูมิและความดันสำหรับกระบวนการผลิตที่เหมาะสม มักได้รับการประเมินเป็นอันดับแรก

ถังสุญญากาศ

เรดาร์ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จึงเหมาะสมสำหรับการวัดระดับสุญญากาศ

ซิลโล่แบบก้อนแข็ง

ในกรณีที่มีฝุ่นสูง ระยะการวัดที่ยาว และรูปทรงของซิลโล่ที่ซับซ้อน มักเลือกใช้เรดาร์ความถี่สูง

ช่องเปิด

การวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกมีประวัติการประยุกต์ใช้งานที่ยาวนานและมีข้อได้เปรียบในด้านต้นทุน ในขณะที่การใช้งานเรดาร์ก็สามารถเลือกใช้ได้ตามสภาพแวดล้อมที่เกี่ยวข้อง

11. ข้อมูลใดบ้างที่จำเป็นสำหรับการเลือกใช้งาน?

คำถามที่พบบ่อย;

คำถามที่ 1: การวัดระดับด้วยเรดาร์ดีกว่าการวัดระดับด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเสมอหรือไม่?

A1: เทคโนโลยีทั้งสองมีขอบเขตการประยุกต์ใช้งานที่แตกต่างกัน โดยเรดาร์มักถูกประเมินในสภาวะที่มีความต้องการเฉพาะด้านอุณหภูมิ ความดัน สุญญากาศ ไอระเหย และฝุ่น ขณะที่ถังน้ำ ช่องทางเปิด และการประยุกต์ใช้งานในบรรยากาศทั่วไป สามารถเลือกใช้เทคโนโลยีใดเทคโนโลยีหนึ่งได้ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของโครงการ

Q2: เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบอัลตราโซนิกสามารถใช้งานกับถังที่มีความดันได้หรือไม่?

A2: เครื่องรุ่นที่เลือกมาบางรุ่นสามารถทำงานภายใต้ความดันที่จำกัดได้ความดันในกระบวนการที่อนุญาตขึ้นอยู่กับลักษณะการออกแบบของทรานส์ดิวเซอร์และเครื่องมือวัด โดยทั่วไป สำหรับภาชนะที่รองรับความดันสูง จำเป็นต้องมีการประเมินด้วยเรดาร์ หรือเทคโนโลยีอื่นที่เหมาะสม

คำถามที่ 3: เรดาร์จะได้รับผลกระทบจากโฟมหรือไม่?

A3: มีผล โดยผลกระทบนั้นขึ้นอยู่กับความหนาของโฟม ปริมาณน้ำ โครงสร้างของฟอง ความถี่ของเรดาร์ และคุณสมบัติของตัวกลางที่ใช้ในกระบวนการผลิต ทั้งนี้ สำหรับโฟมที่มีความหนาแน่นสูงและคงอยู่ต่อเนื่อง ควรได้รับการประเมินเป็นกรณีพิเศษ

คำถามที่ 4: ทำไมการวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกจึงจำเป็นต้องมีการชดเชยอุณหภูมิ?

A4: ความเร็วของเสียงในอากาศจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ การชดเชยอุณหภูมิจึงมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับแก้การคำนวณความเร็วของเสียง ซึ่งจะช่วยลดความคลาดเคลื่อนของระยะทางที่เกิดจากอุณหภูมิ

Q5: เรดาร์สามารถทำงานในสภาวะสุญญากาศได้หรือไม่?

A5: ใช่ เรดาร์ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และไม่จำเป็นต้องใช้อากาศเป็นตัวกลางในการแพร่กระจาย อย่างไรก็ตาม เครื่องมือที่เลือกใช้จะต้องยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดด้านอุณหภูมิในกระบวนการทำงาน ความดัน และคุณสมบัติทางกลที่กำหนดไว้

Q6: สำหรับของแข็งในปริมาณมาก ควรใช้เทคโนโลยีคลื่นอัลตราโซนิกหรือเรดาร์ในการวัด?

A6: ทั้งสองเทคโนโลยีสามารถนำมาใช้ได้สำหรับของแข็งที่เลือกเฉพาะบางชนิดในกรณีที่การใช้งานซิลโลมีปริมาณฝุ่นสูง ครอบคลุมระยะไกล หรือมีลักษณะซับซ้อน มักเลือกใช้เรดาร์ความถี่สูง ในขณะที่การใช้งานที่มีลักษณะเรียบง่ายและครอบคลุมระยะใกล้ ก็สามารถใช้การวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกได้เช่นกัน

Q7: เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบเรดาร์ มีราคาเป็นสองเท่าของเครื่องส่งสัญญาณแบบอัลตราโซนิกเสมอหรือไม่?

A7: ไม่ใช่ ไม่มีอัตราส่วนราคาที่กำหนดไว้ตายตัว ต้นทุนขึ้นอยู่กับช่วงการวัด ความถี่ ความแม่นยำ วัสดุ ที่ระบุค่าอุณหภูมิและแรงดัน การป้องกัน การรับรองมาตรฐาน และอินเทอร์เฟซการสื่อสาร

Q8: เทคโนโลยีทั้งสองสามารถเชื่อมต่อกับ PLC ได้หรือไม่?

A8: ได้ ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องมือที่ใช้ อาจใช้อินเทอร์เฟซต่างๆ เช่น 4-20mA, RS485 Modbus RTU และ HART เพื่อการผสานรวมกับ PLC, DCS, RTU และระบบการรวบรวมข้อมูล

บทสรุป

ความแตกต่างหลักระหว่างเครื่องส่งสัญญาณระดับแบบอัลตราโซนิกและแบบเรดาร์ คือ สัญญาณที่ใช้ในการวัด เครื่องมือแบบอัลตราโซนิกใช้คลื่นเสียง ซึ่งอุณหภูมิ องค์ประกอบของก๊าซ ไอระเหย และฟองน้ำ สามารถส่งผลต่อการแพร่กระจายของคลื่นได้ ในขณะที่เครื่องมือแบบเรดาร์ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปให้ช่วงการทำงานที่กว้างขึ้นภายใต้สภาวะสุญญากาศ รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดัน

เรดาร์ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อทดแทนการประยุกต์ใช้งานคลื่นอัลตราโซนิกทุกประเภท และเทคโนโลยีคลื่นอัลตราโซนิกก็ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงถังที่เปิดโล่งทั้งหมดและไม่มีไอระเหยเท่านั้น การประยุกต์ใช้งานระดับน้ำแบบดั้งเดิมและในระบบช่องทางเปิด สามารถได้รับประโยชน์จากความพร้อมของเทคโนโลยีและการประหยัดต้นทุนจากการวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ในขณะที่การประยุกต์ใช้งานในสภาวะอุณหภูมิสูง มีความดันสูง อยู่ในสภาวะสุญญากาศ มีไอระเหยในปริมาณมาก หรือมีฝุ่นละออง มักเป็นเหตุให้ควรพิจารณาการประยุกต์ใช้งานเรดาร์

METRAVON สามารถกำหนดค่าโซลูชันการวัดระดับด้วยคลื่นอัลตราโซนิกหรือเรดาร์ ตามลักษณะของสื่อในกระบวนการผลิต ช่วงการวัด อุณหภูมิ ความดัน ฟองอากาศ ไอน้ำ ฝุ่นละออง รูปทรงของภาชนะ และข้อกำหนดด้านอินเทอร์เฟซระบบอัตโนมัติ โดยมีตัวเลือกการผสานระบบสำหรับ PLCs, RTUs, DCS และระบบตรวจสอบจากระยะไกล