مزایای استفاده از لول ترانسمیتر راداری در مقابل لول ترانسمیتر اولتراسونیک

وقتی صحبت از تکنیک‌های اندازه‌گیری و تشخیص سطح به روش های غیر‌تماسی و پیوسته به میان می آید، روش راداری و اولتراسونیک، دو فناوری رایج و کاربردی در این زمینه هستند. 

همانطور که میدانیم سطح سنج راداری با استفاده از امواج ماکروویو یا الکترو‌مغناطیسی برای تشخیص مقدار سطح مخازن وسیلو‌ها بهره می‌برد و سطح سنج اولتراسونیک از طریق امواج الکترو‌مکانیکی نسبت به تشخیص سطح مواد درون مخازن بهره می‌برد.

از هر دو فناوری برای کاربردهای مشابه در صنایع استفاده می شود و هر دو نوع دستگاه از اصول مشابهی برای اندازه گیری سطح استفاده می کنند. با این حال، هر یک از این فناوری ها در کاربردهای مختلف در جایگاه خود، حائز اهمیت است.

در این بحث سعی کرده ایم سنسور راداری را با سنسور اولتراسونیک برای اندازه‌گیری سطح مایعات و جامدات مقایسه کنیم. 

به عنوان فردی که تصمیم داریم از این تکنیک‌ها استفاده کنید باید هنگام انتخاب یک روش اندازه‌گیری سطح، متغیرهای زیادی را در نظر بگیرید.

در این مقاله، نحوه عملکرد هر فناوری نسبت به چندین مورد از تکنیک‌های دیگر مورد بحث قرار خواهد گرفت. با ما همراه باشید.

ترانسمیتر سطح وگا

وگا سون

فن آوری رادار و اولتراسونیک برای اندازه گیری سطح چگونه کار می کنند؟

ترانسمیتر رادار و اولتراسونیک، به طور مشابه عمل می کنند،به این مفهوم که اصول کارکرد هر یک تقریبا، مشابه است. 

ابزار سنجش سطح، در هر دو تکنیک، رو به پایین است و سیگنال ارسالی را از سطح سیال، منعکس می کند. 

در این روش ها، سنسور الکترونیکی بر اساس زمان پرواز (TOF)، محاسبه ها و اندازه گیری را انجام می دهد.

زمان پرواز در لول سنج چست؟ به مدت زمانیکه، امواج از لحظه ارسال تا منعکس شدن از روی سطح مواد و رسیدن به خود سنسور را زمان پرواز می‌گویند.

شاید شما هم در انتخاب سطح سنج ها با حروف اختصاری K - X - Ka - C و W مواجه شده‌اید و این حروف اختصاری ذهنتان را درگیر کرده باشد برای آشنایی با حروف اختصاری مربوط به سطح سنج های راداری در ادامه به شرح آنها می‌پردازیم:

 C_band به مفهوم سنسور راداری که در طول موج 6 گیگا هرتز کار می‌کند 

K_band در طول موج 26 گیگاهرتز کار می‌کند

X_band در طول موج 10 گیگاهرتز کار می‌کند

Ka_band در طول موج 40-27 گیگاهرتز کار می‌کند

W_band در طول موج 85-75 گیگاهرتز کار می‌کند

نوع و شکل سیگنال مورد استفاده در هر یک از این تکنیک‌ها بسیار متفاوت است و حتی در خود فناوری راداری انواع مختلفی دارد.

فرکانس و طول موج امواج التراسونیک معمولا بین 20 کیلو هرتز تا 1 گیگا هرتز می‌باشد.

در ادامه مطلب با توجه به مشخصات و تعریفات سنسور راداری و اولتراسونیک اقدام به مقایسه اندازه گیری سطح به روش اولتراسونیک و روش راداری، می‌پردازیم.


1- لول ترانسمیتر رادار برای تشخیص و اندازه‌گیری سطح

امواج ریز موج رادار، در واقع امواج الکترومغناطیسی هستند؛ به این معنی که برای انتقال سیگنال‌ها به محیط فیزیکی نیازی نیست و امواج رادار می تواند در خلأ نیز حرکت کند.

 به همین دلیل است که سیگنال های راداری تحت تأثیر شرایطی همچون دما، فشار و نوع مواد فرآیند (به شرایط محیطی که سنسور در آنجا نصب می‌شود) قرار نمی‌گیرند. حتی کف و بخارات ناشی از مواد.

حتما بخوانید: سطح سنج راداری چیست + همه چیز در مورد لول سنج های راداری!

این فناوری، لول ترانسمیتر رادار را به یک تکنیک اندازه گیری سطح بی‌رقیب تبدیل می‌کند که به صورت گسترده در صنایع برای تشخیص سطح طیف وسیعی از مواد، مایع و جامد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سنسورهای رادار با استفاده از فرکانس 80 گیگاهرتز، دارای زاویه پرتویی بسیار باریک هستند؛ چیزی به اندازه 6/3 درجه. این اندازه به این معنا است که بیشتر انرژی سیگنال رادار در یک منطقه کوچک متمرکز است و این باعث می شود که رادار مثل یک هوش مصنوعی حرکت های همزن یا میکسر را فیلتر می‌کند و در خروجی سنسور راداری سیگنال بسیار مطلوبی ارسال میکند. 

وگا پالس 69

تمرکز ویژه پرتوی رادار همچنین هر "نویز" یا بازتاب ناخواسته مزاحم را به حداقل می رساند.


2- روش اولتراسونیک برای اندازه گیری سطح

امواج  سنسور اولتراسونیک از نوع امواج مکانیکی است، به این معنی که برای عبور و وانتقال، به یک محیط فیزیکی نیاز دارد. 

در اکثر موارد، این محیط فیزیکی همان هوای اطراف یا هوای داخل مخزن است. سرعت سیگنال اولتراسونیک بستگی به محیطی دارد که از آن عبور می کند. 

سرعت انتشار امواج صوتی که در سطح سنج های اولتراسونیک استفاده میگردد، وابستگی زیادی به درجه حرارت هوا، فشار، چگالی و ترکیب گاز  محیطی که در آنجا نصب شده است را دارد.

پس اگر هر یک از این خصوصیات در حین فرآیند در حال تغییر باشد، می تواند منجر به خطاهای اندازه گیری گردد. 

از تفاوت های بارز ترانسمیتر راداری و اولتراسونیک میتوان به: سنسورهای اولتراسونیک برای اندازه گیری سطح با روش ساده‌تر و در فرایندهایی که تغییرات شرایط، ناچیز می باشد، ایده‌آل تر هستند در حالیکه سنسور‌های راداری برای محیط هایی با شرایط فرایندی بسیارخشن طراحی شده‌اند.

برخلاف فرکانس و طول موج سنسور رادار، فرکانس اولتراسونیک، بیشتر تابعی از محدوده اندازه گیری است؛ فرکانس های بالا برای اندازه گیری مسافت های طولانی تر و فرکانس های پایین برای اندازه گیری فواصل کوتاه تر. از این مطلب نتیجه میگیریم که ترانسمیتر اولتراسونیک برای مخازنی با ارتفاع بالا مناسب نیست.

برخی از حسگرهای اولتراسونیک می توانند بیشترین سیگنال‌های خود را به اندازه زاویه پرتو، 4 یا 5 درجه متمرکز کنند، اما به دلیل شکل امواج صوتی، سنسورهای اولتراسونیک احتمالاً بازتاب های ناخواسته از داخل مخزن را نیز دریافت می کنند. 

این یعنی می تواند روی دقت اندازه گیری های سیگنال های دریافتی، تأثیر گذار باشد.


ارتباط مستقیم اندازه مخزن و نوع مواد داخل آن جهت انتخاب روش اندازه گیری

برای انتخاب بهتر سنسور برای اندازه گیری سطح، باید شکل، اندازه و مواد داخل مخزن را به دقت شناسایی کنید. 

این بررسی‌ها درک بهتری از نوع سنسور اندازه گیری مورد نیاز فراهم می‌کند. سپس با تعیین محل و نحوه نصب سنسور می‌توان اندازه‌گیری دقیق و قابل اطمینان‌تری از سطح بدست آورد.

سنسورهای رادار بر حسب فرکانس و طول موج ارسالی برای اندازه گیری سطح مخازن با ارتفاع بالا تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مقابل، سنسورهای اولتراسونیک برای فاصله‌های کمتر، بهتر عمل می‌کنند.

البته با پیشرفت فناوری، سنسورهای اولتراسونیک با اندازه‌گیری استثنایی، در فواصل کمتر از 15 سانتی متر، تقریبا اندازه‌گیری دقیقی دارند. 

با این حال برای اکثر مخازن کوچک و کم ارتفاع، سنسورهای راداری 80 گیگاهرتزی، عملکردی مشابه عملکرد اولتراسونیک دارند. 

به علاوه، این سنسورهای جدید دارای آنتن های کوچک با اتصالات متناسب هستند. این موضوع آنها را برای این مخازن کوچک مناسب کرده است.

در مخازن ارتفاع متوسط، هر دو روش راداری و سنسورهای اولتراسونیک عملکرد خوبی دارند، با این حال، هنگام استفاده از سنسورهای روش اولتراسونیک(فرا صوت) باید برای هر گونه نقص یا اختلال آمادگی داشت.

سنسورهای اولتراسونیک با فرکانس پایین که برای دامنه‌های بلندتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، معمولاً به دهانه بزرگتری در بالای مخزن نیاز دارند. 

علاوه بر این، همه سنسورهای اولتراسونیک دارای یک "منطقه نزدیک" یا "پهنای مرده" هستند. این منطقه در واقع یک نقطه کور در نزدیکی سنسور است که سنسور نمی‌تواند آن را اندازه گیری کند. 

"منطقه نزدیک" در سنسورهای اولتراسونیک دوربُرد ممکن است در حدود 1 متر باشند. درمقابل، سنسورهای راداری، افراد را قادر می سازد تا انتهای مخزن را اندازه گیری کنند.

شکل مخزن همچنین عاملی برای انتخاب فناوری اندازه گیری سطح به روش غیر تماسی است. این امر می تواند در نحوه نصب سنسور تأثیرگذار باشد. 

یک سنسور اولتراسونیک به اتصالات جدیدی احتیاج دارد. در حالی که سنسور راداری می تواند به راحتی در بالای شناور نصب شود.

سیگنال‌های راداری می توانند به مخازن ساخته شده از مواد غیر رسانا مانند پلی اتیلن، فایبرگلاس و شیشه نفوذ کنند. این ویژگی منحصربفرد و کاربردی اجازه می‌دهد تا سنسورهای راداری  براحتی در بیرون مخازن، نصب شده و عمل اندازه‌گیری سطح را با دقت بالایی انجام دهد. همچنین در مورد مخازن متحرک مانند IBC ها، که محتویات آنها معمولاً فقط با نگاه اپراتور تخمین زده می‌شد می‌توان از سنسور رادار جدید وگا، که منحصرا برای مخازن پلاستیکی IBC طراحی شده است، استفاده شود.


شرایط فرآیندها

هر فرآیند، چالش های خود را برای اندازه‌گیری دقیق سطح دارد. شرایط ثابت و قابل پیش بینی در فرآیندهای صنعت، یک ویژگی ارزشمند و برجسته به شمار می رود. 

تغییر دما، تشکیل کف، بازتابش از محصول، گرد و غبار، میعان (تراکم)، تجمع و نویز، فقط تعدادی از موانع احتمالی در اندازه گیری دقیق سطح هستند. این وظیفه مهندس طراح است که بتواند بهترین فناوری را برای استفاده از ابزارها انتخاب کند.

در زیر بیشترین تاثیر شرایط محیطی برروی انواع سطح سنج را شرح دادیم:

1- درجه حرارت (بیشترین تاثیر برروی سنسور اولتراسونیک)

سنسورهای راداری برای سنجش سطح از هرگونه تغییرات دمایی در امان هستند. در مقابل، دقت سنسورهای اولتراسونیک می تواند به شدت تغییر پذیر باشد. هرچند سازندگان این نوع سنسورها بتازه‌گی برای مقابله با این عامل، ترانسمیترهای اولتراسونیکی با تحمل اندازه گیری در شرایط بد دمایی را، تا حدی بالا برده‌اند. 

با این حال، اگر دمای محیطی که ترانسمیتر اولتراسونیک در انجا قرار دارد تفاوت زیادی با دمای سطح سیال داشته باشد، اندازه گیری سطح، متوقف خواهد شد.

قطعا این مسله نیز حائز اهمیت است که سطح سنج‌های اولتراسونیک با توجه به اینکه از تکنولوژی سطح پایینی برخوردارند، مناسب نصب در محیط‌هایی با دمای بالا و حتی با تغییرات سریع دمایی نیستند.


2- ترکیب گاز (بیشترین تاثیر بر روش اولتراسونیک)

مشابه با تغییرات دما، ترکیب گاز موجود بین سنسور و سطح مایع، بر روی امواج صوتی سنسورهای اولتراسونیک تأثیر دارد. یا بعبارتی بعضی مواد در چندین حالت از خود گاز متساعد می‌کنند:

1.با افزایش دما 2.ذاتا خود ماده گاز تولید می‌کند 3.در ترکیب چندین ماده با هم گاز تولید می‌شود.

در چنین شرایطی سطح سنج اولتراسونیک بدرستی عمل اندازه‌گیری سطح مواد را انجام نمی‌دهد.  

سرعت انتشار امواج اولتراسونیک بسته به نوع گاز متفاوت است و این عامل می تواند منجر به خطاهای اندازه گیری شود. مخصوصا بخارات حاصل از اسیدها و حلال ها نمونه هایی از این ترکیبات گازی هستند. این موارد می توانند بر دقت دستگاه های اولتراسونیک تأثیر بسزایی بگذارند.

اما، امواج سطح سنج راداری بدون در نظر گرفتن هوای محیط با همان سرعت حرکت می کند. به همین دلیل، اندازه گیری در مخازن حاوی گاز تاثیری بر دقت نتایج سنسور راداری ندارد.


3- تشکیل کف (بیشترین تاثیر بر روش اولتراسونیک)

از دیگر برتری سطح سنج راداری نسبت به سطح سنج اولتراسونیک در مواجهه با کف یا فوم درون مخازن یا استخرهایی که در آنها دائما تشکیل کف یا فوم می‌شود. فوم یا کف یک عامل مختل کننده دیگر برای فناوری اندازه گیری سطح به روش اولتراسونیک است، زیرا فوم، امواج صوتی را جذب می کند. در حالیکه جذب امواج سنسور راداری توسط کف، بسیار نادر و تقریبا غیر ممکن است. 

حتی در مخازن حاوی موادی که کف تولید می‌شود، یک سنسور رادار 80 گیگاهرتزی می تواند براحتی اندازه گیری را از طریق کف موجود با دقت بسیار بالا (نهایتا با اختلاف 1 میلیمتر) هم انجام دهد، گویی که هیچ کف یا فوم بروی مواد قرار ندارد! بسیاری از سنسورهای اولتراسونیک برای این کاربردها اصلا مناسب نیستند.


4- بازتابش یا انعکاس از محصول (سیال)

حساسیت بالای سنسورهای راداری 80 گیگاهرتزی VEGA به آنها این امکان را می دهد که اندازه گیری سطح را حتی برای محصولاتی با بازتابش بالاتر، انجام دهند. 

حتی مایعات و موادی که قبلاً با سنسورهای راداری قدیمی غیرقابل اندازه‌گیری و سنجش سطح بودند اکنون می‌توانند به کمک امواج رادار 80 گیگا هرتز براحتی، با دقت بالا و قابل اعتماد، برای سطح سنجیده شوند. 

امواج مکانیکی ساطع شده توسط سطح سنج اولتراسونیک، در اکثر سطوح، منعکس می شوند. و کارایی لازم را در مواجهه با مواد با بازتابش بالا ندارند.


5- گرد و غبار، چگالش و تجمع (بیشترین تاثیر بر روش اولتراسونیک)

به ندرت اتفاق می‌افتد که گرد و غبار، چگالش و فشار بالا در یک مخزن بصورت همزمان مشاهده شود. اما هر کدام از این عوامل اثرات مشابهی بر دقت اندازه‌گیری سنسورهای اولتراسونیک دارند و باعث مختل شدن عمل سنجش سطح می‌شوند.

امواج صوتی ساطع شده از سنسورهای اولتراسونیک، به یک محیط برای انتقال انرژی از یک مکان به مکان دیگر نیاز دارند. گرد و غبار موجود در هوا، مانعی فیزیکی برای انتقال انرژی است که دامنه سیگنال بازگشتی به گیرنده را تضعیف می کند.

مخازن دارای فشار بالا باعث می‌شود دیافراگم سنسور هنگام ارتعاش برای تولید سیگنال به عنوان محیط فیزیکی عمل کند. که در اینجا بالا رفتن فشار مخزن، قدرت سیگنال را در مقایسه با مقدار آن در حالت کم فشار، کاهش می‌دهد. 

با این حال، برخی از سنسورهای اولتراسونیک با فرکانس های پایین تر، برای کنترل این شرایط، بهتر عمل می کنند؛ زیرا یک موج مکانیکی با فرکانس پایین، قطرات آب یا مواد تجمع یافته را از روی آن حذف می کند.

حسگرهای راداری تحت تأثیر گرد و غبار، تراکم و تجمع قرار نمی گیرند. 

نرم افزار پیچیده حساسیت در سنسورهای راداری 80 گیگاهرتزی VEGA هرگونه سیگنال بازگشتی به سنسور را به سرعت، نادیده می‌گیرد. به این ترتیب، احتمال ایجاد سطح کاذب، ناشی از تراکم و تجمع، را از بین می رود.

در مورد گرد و غبار در هوا، اندازه ذرات گرد و غبار 0.5 تا 1.0 میکرومتر است.

 این اندازه ها، برای تأثیر بر امواج راداری با طول موج های 3.5 تا 4 میلی متر، بسیار کوچک هستند. این بدان معناست که سنسور راداری قادر است در حالت هایی که گرد و غبار بسیار زیاد یا بسیار اندک است نیز اندازه گیری را ادامه دهد. این ویژگی به رادار اجازه می دهد تا در موارد مختلف، حتی با حضور گرد و غبار، چگالش یا تجمع، اندازه گیری دقیق را انجام دهد.


6- سیگنال مزاحم یا نویز (بیشترین تاثیر بر روش اولتراسونیک)

نویز بلند به ویژه در سنجش سطح در مواد فله‌ای جامد و داخل سیلوها معمول است. نویز بلند باعث ایجاد امواج صوتی اضافی می‌شود. این امر می تواند نتایج اندازه‌گیری و تشخیص سطح را در مخازنی که از لول سنج اولتراسونیک استفاده شده را تحت تاثیر قرار دهد.

به زبان تخصصی‌ تر نویز بر روی امواج صوتی تولید شده توسط ترانسمیتر اولتراسونیک می‌تواند تداخل ایجاد کند. این حالت می تواند منجر به خطاهای اندازه گیری در هنگام پر کردن مخزن، تخلیه و در فرآیندهای پر سر و صدا شود. از مزایای سنسورهای راداری چون از امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند، نویز تأثیری در دقت اندازه گیری آنها ندارد.


7- تاثیر میکسر یا همزن بروی اندازه‌گیری(روش التراسونیک کلا مختل می‌شود)

اگر در مخزنی که دارای میکسر یا همزن است، سطح سنج اولتراسونیک نصب گردد به هیچ عنوان عمل اندازه‌گیری سطح بدرستی انجام نخواهد شد حتی استفاده از سنسور های راداری با فرکانس 26 گیگا هرتز دارای خطای اندازه‌گیری است.

تنهاترین راه حل سنجش صحیح مواد، در مخازنی که دارای میکسر هستند نصب ترانسمیتر رادرای 80 گیگا هرتز است

فروشگاه ترانسمیتر سطح راداری

نتیجه گیری:

کار بسیار عاقلانه ای خواهد بود اگر یک سنسور راداری را به جای یک فرستنده اولتراسونیک انتخاب کنید. این جمله به معنای منسوخ شدن سنسورهای اولتراسونیک نیست. 

سنسورهای التراسونیک اندازه گیری ها را به روش غیر تماسی انجام می دهند.  اما در محیط های با دما و فشار بالا یا شرایط محیطی تغییر پذیر چندان قابل اعتماد و دقیق نیستند.

در اکثر صنایع، یک محیط پایدار با شرایط ثابت محیطی و فرایندی وجود ندارند. به همین دلیل یک سنسور راداری  ابزاری مناسب برای اکثر این کاربردها به شمار می رود.

برای دریافت قیمت لول ترانسمیتر راداری وگا و لول ترانسمیتر اولتراسونیک وگا با ما تماس بگیرید