Poziom jest jednym z ważnych parametrów docelowych monitorowania procesów przemysłowych. W przypadku ciągłego pomiaru poziomu w różnych zbiornikach, silosach, basenach itp. trudno jest opracować urządzenia do pomiaru poziomu, które spełniłyby wszystkie wymagania ze względu na zróżnicowanie warunków terenowych.
Wśród nich, radarowe i ultradźwiękowe wskaźniki poziomu są szeroko stosowane w bezkontaktowych przyrządach pomiarowych. Czym zatem różni się radarowy miernik poziomu od ultradźwiękowego? Na czym polega zasada działania tych dwóch rodzajów pomiaru? Jakie są zalety radarowego i ultradźwiękowego miernika poziomu?
Po pierwsze, ultradźwiękowy miernik poziomu
Falę dźwiękową o częstotliwości powyżej 20 kHz nazywamy ogólnie falą ultradźwiękową. Fala ultradźwiękowa jest rodzajem fali mechanicznej, czyli drgań mechanicznych w ośrodku sprężystym w procesie propagacji. Charakteryzuje się wysoką częstotliwością, krótką długością fali, małym zjawiskiem dyfrakcji i dobrą kierunkowością. Może stać się promieniem i kierunkową propagacją.
Tłumienie ultradźwięków w cieczach i ciałach stałych jest bardzo małe, więc zdolność penetracji jest duża, zwłaszcza w przypadku lekkich, nieprzezroczystych ciał stałych. Ultradźwięki mogą penetrować na odległość dziesiątek metrów, a napotkane zanieczyszczenia lub granice faz będą miały znaczne odbicie. Pomiar poziomu ultradźwiękami wykorzystuje tę właściwość.
W technologii detekcji ultradźwiękowej, niezależnie od rodzaju instrumentu ultradźwiękowego, konieczna jest konwersja energii elektrycznej na emisję ultradźwięków, a następnie jej zamiana na sygnały elektryczne. Urządzeniem do realizacji tej funkcji jest przetwornik ultradźwiękowy, znany również jako sonda.
Podczas pracy przetwornik ultradźwiękowy jest umieszczony nad mierzonym obiektem i emituje falę ultradźwiękową w dół. Fala ultradźwiękowa przechodzi przez powietrze, odbija się od powierzchni mierzonego obiektu i jest odbierana przez przetwornik, gdzie jest przetwarzana na sygnał elektryczny. Po wykryciu tego sygnału, elektroniczny układ detekcji przekształca go w sygnał poziomu do wyświetlania i transmisji.
Dwa, miernik poziomu radaru
Tryb pracy radarowego miernika poziomu jest taki sam jak ultradźwiękowego miernika poziomu, a radarowy miernik poziomu również wykorzystuje tryb pracy nadawczej, odbiciowej i odbiorczej. Różnica polega na tym, że pomiar radarowego ultradźwiękowego miernika poziomu opiera się głównie na przetworniku ultradźwiękowym, podczas gdy radarowy miernik poziomu wykorzystuje głowicę wysokoczęstotliwościową i antenę.
Ultradźwiękowe mierniki poziomu wykorzystują fale mechaniczne, natomiast radarowe mierniki poziomu wykorzystują fale elektromagnetyczne o ultrawysokich częstotliwościach (od kilku G do kilkudziesięciu G Hz). Fale elektromagnetyczne przemieszczają się z prędkością światła, a czas ich przemieszczania można przekształcić w sygnał poziomu za pomocą podzespołów elektronicznych.
Innym powszechnie stosowanym miernikiem poziomu jest miernik radarowy z falą prowadzoną.
Radarowy miernik poziomu z falą kierowaną to radarowy miernik poziomu oparty na zasadzie reflektometrii w dziedzinie czasu (TDR). Impuls elektromagnetyczny radarowego miernika poziomu rozchodzi się wzdłuż stalowej liny lub sondy z prędkością światła. Po zetknięciu z powierzchnią mierzonego medium, część impulsu radarowego miernika poziomu odbija się, tworząc echo, i powraca do urządzenia emitującego impuls tą samą drogą. Odległość między nadajnikiem a powierzchnią mierzonego medium jest proporcjonalna do czasu propagacji impulsu, podczas którego obliczany jest poziom cieczy.
Po trzecie, zalety i wady mierników poziomu radarowego i ultradźwiękowego
1. Dokładność ultradźwięków nie jest tak dobra jak radaru;
2. Ze względu na zależność pomiędzy częstotliwością a rozmiarem anteny, miernik poziomu radaru o wyższej częstotliwości jest mniejszy i łatwiejszy w montażu;
3. Ponieważ częstotliwość radaru jest wyższa, długość fali jest krótsza, a odbicie na pochylonych powierzchniach stałych jest lepsze;
4. Obszar martwy pomiaru radarowego jest mniejszy niż ultradźwiękowego;
5. Ze względu na wyższą częstotliwość radaru kąt wiązki radarowej jest mały, energia jest skoncentrowana, a zdolność echa jest zwiększona, co sprzyja unikaniu zakłóceń.
6. W porównaniu z miernikami ultradźwiękowymi wykorzystującymi fale mechaniczne, na działanie radaru zasadniczo nie wpływają próżnia, para wodna w powietrzu, pył (z wyjątkiem grafitu, stopów żelaza i innych pyłów o wysokiej dielektryczności), zmiany temperatury i ciśnienia;
Czas publikacji: 18.09.2023