ترانسمیتر سطح سنج راداری

کاهش نگهداری، افزایش ایمنی و بهینه سازی فرایند خود

شرکت روزمونت محصولات خود را با استفاده از فناوری رادار پیشرفته از سال 1974 توسعه داده است و رویکرد بهبود مستمر روزمونت منجر به ترانسمیتر های راداری شده است که عملکرد و قابلیت اطمینان بالایی را ارائه می دهند.

ترانسمیتر های راداری موج هدایت شده یا Guided wave radar هیچ قطعه متحرکی ندارند و نیاز به حداقل تعمیر و نگهداری دارند. آنها می توانند سطح و رابط بین دو رسانه را اندازه گیری کنند.
این فناوری تحت تأثیر تراکم رسانه، دما یا فشارهای مختلف قرار نمی گیرد و اندازه گیری های دقیق و قابل اطمینان را در برنامه های کاربردی سخت ارائه می دهد.

چگونگی کارکرد ترانسمیتر راداری موج هدایت شده یا Guided wave radar

توضیحات تکنولوژیکی

ترانسمیتر راداری موج هدایت شده بر اساس فناوری مایکروویو است. امواج مایکروویو فقط تحت تأثیر موادی قرار می گیرند که انرژی را منعکس می کنند، به این معنی که تغییرات دما، گرد و غبار، فشار و ویسکوزیته بر دقت تأثیر نمی گذارد.
این ترانسمیتر راداری یک پالس مایکروویو کم انرژی را به پایین یک پروب می فرستد. هنگامی که پالس به رسانه برخورد می کند، بخش قابل توجهی از انرژی به عنوان پروب به ترانسمیتر راداری منعکس می شود. سطح به طور مستقیم با بازتاب سنجی حوزه زمان متناسب است. از آنجا که بخشی از پالس ساطع شده به پایین پروب ادامه می یابد، یک رابط نیز قابل تشخیص است.

تغییرات فرایند پردازش

در بیشتر فرآیندها شرایط متفاوتی متداول است. دما، چگالی و ویسکوزیته ممکن است تغییر کند. تغییرات در اندازه گیری سطح به راحتی می تواند در این شرایط رخ دهد. اما فناوری ترانسمیتر راداری موج هدایت شونده یا Guided wave radar تحت تأثیر این تغییرات قرار نمی گیرد. دستگاه نیازی به جبران تغییرات چگالی، دی الکتریک یا رسانایی در سیال ندارد و این اندازه گیری بالا به پایین را بسیار قوی می کند.

درک بیشتر درباره ی رابط

در بسیاری از برنامه ها نیاز به اندازه گیری سطح و سطح رابط وجود دارد. یک مثال این است که روغن ناخواسته را روی آب تشخیص دهید تا ببینید آیا فرآیند شما به خطر افتاده است. این را می توان با استفاده از تنها یک دستگاه انجام داد.
هنگامی که دو رسانه مختلف دارای ویژگی های متفاوتی هستند، مایکروویو هنگام رسیدن به هر دو سطح بازتاب می یابد و سطح و سطح رابط را اندازه گیری می کند. با فناوری Peak-in-Peak می توانید لایه های بالای تا 1 اینچ (25 میلی متر) را تشخیص دهید.

چرا رسانه مهم است

اندازه گیری سطح با استفاده از فناوری رادار موج هدایت شونده بر اساس انعکاس امواج مایکروویو بر روی رسانه های سطحی است.
همه رسانه ها یک ثابت دی الکتریک دارند. هرچه بیشتر باشد، بازتاب مایکروویو قوی تر خواهد بود. خلاء بازتابی ندارد و ثابت دی الکتریک آن 1 است. روغن تقریبا 2 و آب حدود 80 است.
اندازه گیری ثابت دی الکتریک زیر 1.5 غالباً دشوار است، اما ترانسمیتر های سطح رادار موج هدایت شونده از حساسیت بالا از امرسون به راحتی آن را اداره می کنند.

اندازه گیری سطح مواد از طریق امواج رادار

مزایا و محدودیت های سنسورهای رادار را بشناسید.

سنسورهای رادار برخی از پرکارترین دستگاه‌های اندازه‌گیری سطح غیر تماسی در جهان امروزی هستند. این فناوری برای اندازه‌گیری مایعات و جامدات در صنایع مختلف از کارخانه‌های شیمیایی و پالایشگاه‌ها تا تأسیسات بتن آماده و تصفیه‌خانه‌های فاضلاب استفاده می‌شود.

دلیلی وجود دارد که فناوری رادار به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد: می تواند اندازه گیری دقیق و قابل اعتماد سطح را بدون تعمیر و یا کالیبراسیون مجدد ارائه دهد و سنسورها به راحتی تنظیم می شوند. هنگامی که یک سنسور رادار به درستی نصب شود، می‌تواند کنترل سطح حیاتی را برای سال‌ها و حتی دهه‌ها بدون فکر کردن به آن فراهم کند.

تصویر 1: یک ترانسمیتر رادار سیگنال مایکروویو رادیویی را به سطح محصول اندازه گیری شده منتشر می کند و آنتن سیگنال برگشتی را دریافت می کند. مقدار زمان بین انتشار و دریافت متناسب با فاصله است که می تواند در اندازه گیری سطح محاسبه شود. (تصاویر توسط VEGA Americas)

نحوه کار ترانسمیتر سطح رادار

فناوری سطح رادار از زمان پرواز برای اندازه گیری استفاده می کند. ترانسمیتر های رادار در بالای مخزن نصب می‌شوند و امواج رادیویی را از سیستم آنتن به سطح محصول اندازه‌گیری شده ساطع می‌کنند، جایی که سیگنال به آنتن منعکس می‌شود.

مقدار زمان بین انتشار و دریافت متناسب با فاصله تا سطح محصول است. هر چه زمان پرواز طولانی تر باشد، فاصله بیشتر می شود. این فاصله با سطح موجود در مخزن، سطل، سیلو یا کانتینر نسبت معکوس دارد، بنابراین فاصله بیشتر برابر با سطح پایین تر است.

تصویر 2: ترانسمیتر راداری با فرکانس 80 گیگاهرتز (به رنگ زرد) دارای زاویه پرتو باریک تری نسبت به ترانسمیتر راداری با فرکانس 26 گیگاهرتز (به رنگ خاکستری) است. این پرتو متمرکزتر، ترانسمیتر رادار را قادر می‌سازد تا از هرگونه ساختار داخلی جلوگیری کند و اندازه‌گیری دقیق‌تر و مطمئن‌تری را تولید کند.

الکترونیک یکپارچه ترانسمیتر رادار، مقدار اندازه گیری شده را برای انتقال به سیگنال آنالوگ یا دیجیتال تبدیل می کند. سیگنال را می توان برای یک نمایشگر خارجی یا یک سیستم کنترل فرآیند استفاده کرد. اجزای اضافی برای مناطق خطرناک، حفاظت از اضافه ولتاژ یا ارتباطات بی سیم طیف گسترده ای از کاربردها را در تمام بخش های صنعتی امکان پذیر می کند.

سازندگان ترانسمیتر رادار به بهبود فناوری و نرم افزار سنسور رادار ادامه می دهند، که قدرت سیگنال را افزایش داده و دقت و قابلیت اطمینان اندازه گیری را بهبود بخشیده است. بسیاری از سنسورهای رادار امروزی از فرکانس انتقال بالاتر استفاده می‌کنند، از دامنه دینامیکی بهبودیافته بهره می‌برند و از نرم‌افزار هوشمندتر استفاده می‌کنند که گزینه‌های بهتر و تطبیق‌پذیری بیشتری را برای ابزار اندازه‌گیری سطح قابل اعتماد به کاربران می‌دهد.

جدیدترین ترانسمیترهای سطح رادار فرکانس بالا از فرکانس انتقال 80 گیگاهرتز (گیگاهرتز) استفاده می‌کنند که یک جهش به جلو نسبت به نسل قبلی رادارهایی با فرکانس 26 گیگاهرتز است. این مهم است زیرا زاویه پرتو سنسور رادار به دو عامل بستگی دارد: اندازه آنتن و فرکانس انتقال.

وقتی صحبت از اندازه آنتن می شود، زاویه پرتو امواج مایکروویو سنسور رادار رابطه معکوس دارد. یک آنتن کوچکتر پرتوی عریض تر و با تمرکز کمتری خواهد داشت. برعکس، یک آنتن بزرگتر پرتو باریکتر و متمرکزتری خواهد داشت.

تصویر 3: سنسورهای راداری با استفاده از فرکانس 80 گیگاهرتز را می توان با استفاده از انواع اتصالات فرآیندی نصب کرد، و زاویه پرتو متمرکزتر به کاربران انعطاف پذیری بیشتری در مورد محل نصب سنسور در بالای مخزن می دهد.

اتصالات فرآیند همیشه قابل تغییر نیستند. بنابراین، زاویه پرتو ترانسمیتر سطح رادار اغلب در محل نصب آن قرار دارد. در حالی که این ممکن است در برخی کاربردها کارساز باشد، اما می تواند مانعی در مخازن کوچک یا مخازن با اجزای داخلی مانند همزن یا کویل های گرمایشی باشد. اینها موقعیت هایی هستند که ترانسمیتر های سطح راداری 80 گیگاهرتزی بهتر از همتایان 26 گیگاهرتزی خود عمل می کنند.

ترانسمیترهای رادار با فرکانس انتقال بالاتر، زاویه پرتو باریک‌تری دارند که نصب را آسان‌تر و اندازه‌گیری‌ها را قابل اعتمادتر می‌کند. یک سیگنال متمرکزتر می تواند اندازه گیری هایی را در اطراف انسدادهای داخلی انجام دهد و با رسیدن انرژی مایکروویو بیشتر به محصول اندازه گیری شده، سنسور رادار سیگنال بازگشتی قوی تری دریافت می کند. وقتی با حساسیت بهبودیافته جفت شود، کاربران می توانند انتظار اندازه گیری مطمئن تر و دقیق تر را داشته باشند.

دریافت سیگنال قابل اعتماد

قدرت سیگنال بازگشت رادار به عوامل متعددی بستگی دارد. سطح محصول، فاصله بین سطح محصول و سنسور، و بازتاب محصول همه نقش دارند. یک سطح محصول آشفته و متلاطم به احتمال زیاد سیگنال رادار را در جهات دیگر دور از آنتن رادار منعکس می کند. از دست دادن جزئی سیگنال می تواند در فواصل طولانی تر رخ دهد، و این باید در مخازن بلند و سیلوها در نظر گرفته شود. و در نهایت، همه محصولات مایکروویوهای رادیویی را به یک اندازه منعکس نمی کنند.

تصویر 4: این سنسور رادار سطح یک استخر روباز را اندازه گیری می کند. با وجود قرار گرفتن در معرض آب و هوا، تراکم، کثیفی و حتی تار عنکبوت می تواند اندازه گیری های دقیق و قابل اعتمادی را ارائه دهد.

ترکیب شیمیایی یک محصول معمولاً بزرگترین پیش بینی کننده قدرت سیگنال است. محصولات رسانا تقریباً تمام انرژی مایکروویو را منعکس می کنند در حالی که محصولات نارسانا فقط بخشی از انرژی مشابه را منعکس می کنند. این خاصیت بازتابی به عنوان ثابت دی الکتریک محصول نامیده می شود. محصولات با بازتاب بالا مانند آب دارای ثابت دی الکتریک بالا هستند در حالی که محصولات با بازتاب ضعیف مانند روغن دارای ثابت دی الکتریک پایین هستند.

محدوده سیگنال هایی که ترانسمیتر رادار می تواند تشخیص دهد، محدوده دینامیکی آن نامیده می شود. سنسورهایی با محدوده دینامیکی بزرگ به اندازه کافی حساس هستند تا سیگنال های ضعیف و همچنین سیگنال های قوی را ثبت کنند. حساسیت رادار از سازنده ای به سازنده دیگر و حتی از سنسوری به سنسور دیگر در خط ابزار سازنده متفاوت است. کاربر ممکن است فکر کند که رادار بسیار حساس در برابر نویز ایجاد شده توسط انرژی مایکروویو ناخواسته که به آنتن بازتاب می‌شود، حساس‌تر است. این نویز ناخواسته می تواند از تجمع یا تراکم روی آنتن، از ساختارهای داخلی داخل ظرف، یا از انرژی مایکروویو که از کناره خود مخزن خارج می شود، منشاء بگیرد. این نویز می تواند اندازه گیری سطح را مخدوش کند، اما می توان با نرم افزار هوشمندی که قادر به فیلتر کردن هرگونه تداخل است، بر آن غلبه کرد.

FMCW در مقابل فناوری رادار پالس

هنگام مقایسه سنسورهای مختلف رادار، کاربران ممکن است دو نوع مختلف از سنسورهای سطح رادار را کشف کنند: موج پیوسته مدوله شده با فرکانس (FMCW) و پالس. این دو روش متفاوت برای نحوه عملکرد ترانسمیتر رادار هستند. هر دو اصل عملیات اندازه گیری سطح یکسانی را با استفاده از اصل زمان پرواز ارائه می دهند، اما نوع سیگنال کمی متفاوت است.

سنسورهای رادار FMCW یک سیگنال مدوله شده خطی پیوسته را ارسال می کنند. گیرنده و الکترونیک سنسور این شدت تغییر سیگنال بازگشتی را کنترل می کنند و فاصله ای را برای خروجی اندازه گیری سطح تعیین می کنند. رادارهای پالس، پالس‌های منفرد را با شدت مشخص ارسال می‌کنند در حالی که گیرنده و سنسور الکترونیکی برای بازگشت این سیگنال‌ها نظارت می‌کنند.

در روزهای اولیه اندازه گیری سطح رادار، این دو فناوری از نظر کاربرد و عملکرد تفاوت های زیادی داشتند و هر گزینه نقاط قوت و ضعف خود را داشت. از آن زمان، هر دو روش بهبود یافته اند، کاستی های آنها کاهش یافته است، و فن آوری ها در مصرف برق، قابلیت اطمینان و هزینه مشابه تر شده اند.

در نتیجه، این ویژگی‌ها معمولاً هنگام انتخاب یک سنسور سطح رادار مدرن، عوامل تعیین‌کننده نیستند. در عوض، سایر پیشرفت‌ها و ویژگی‌ها مانند فرکانس انتقال، برد دینامیکی و پشتیبانی سازنده، کار بهتری را در تمایز سنسورهای رادار از یکدیگر انجام می‌دهند.

کاربردهای رایج برای رادار از طریق هوا

ترانسمیتر های سطح رادار برای اندازه گیری سطح غیر تماسی مایعات و جامدات حجیم، حتی تحت فشار بالا و دماهای شدید استفاده می شوند. آنها را می توان در مایعات ساده یا تهاجمی استفاده کرد و برای کاربردهایی با الزامات بهداشتی دقیق مناسب هستند. ترانسمیتر های سطح رادار، جامدات حجیم سبک و سنگین را با قابلیت اطمینان بی چون و چرا - حتی در حضور گرد و غبار و سر و صدا - بدون اینکه تحت تأثیر تجمع یا تراکم قرار گیرند، اندازه گیری می کنند.

مزایای ترانسمیتر های سطح رادار

قابل توجه ترین مزیت ترانسمیتر های سطح رادار از طریق هوا، اندازه گیری غیر تماسی آنهاست و هیچ قطعه متحرکی ندارند. این بدان معناست که کاربران نگران آسیب دیدن سنسور سطح توسط محصولات خورنده یا خشن نباشند و هیچ تعمیر و نگهداری مداومی وجود ندارد.

ترانسمیترهای رادار تحت تأثیر نوسانات خواص محصول یا تغییر شرایط فرآیند مانند دما، فشار یا محیط های پر گرد و غبار قرار نمی گیرند. دلیل این امر این است که سنسورهای رادار از امواج مایکروویو رادیویی برای اندازه گیری استفاده می کنند و تعداد کمی از متغیرهای فرآیند می توانند پرواز موج رادیویی را مختل کنند و این نوع سنسور را به گزینه ای قابل اعتماد برای اندازه گیری سطح تبدیل می کند.

یکی دیگر از مزایای استفاده از ترانسمیتر رادار از طریق هوا این است که تنظیم و تنظیم اولیه را می توان در زمانی که مخزن در حال استفاده است انجام داد. نصب یک دستگاه سطح بدون توقف فرآیند باعث صرفه جویی در زمان و جلوگیری از هزینه خاموش شدن می شود.

مجوز

الزامات مجوز محلی باید در نظر گرفته شود. سیستم های رادار انرژی فرکانس رادیویی را ساطع می کنند. بسیاری از کشورها در صورت فراتر از سطح توان تعریف شده، نیازمند مجوز تحت آژانس تنظیم مقررات ارتباطات هستند.

محدودیت ها

رادار از طریق هوا قادر است و مزایای زیادی به کاربران ارائه می دهد، اما این بدان معنا نیست که راه حلی برای هر برنامه اندازه گیری سطح است. برای شروع، کاربران باید یک اتصال در بالای مخزن برای نصب ترانسمیتر سطح رادار داشته باشند. اتصال لازم نیست بزرگ باشد، اما باید وجود داشته باشد.

در کاربردهایی با فوم زیاد و سنگین، ترانسمیتر رادار همیشه راه حل مناسبی نیست. مایکروویوهای رادیویی می توانند مستقیماً در فوم جذب شوند. با این حال همه فوم ها به یک اندازه ایجاد نمی شوند، بنابراین همیشه بهترین روش برای کاربران است که قبل از انتخاب یک فناوری، در مورد کاربرد اندازه گیری سطح خود با ارائه دهنده ابزار خود صحبت کنند.

پیشکسوتان ابزار اندازه گیری فرآیند ممکن است بگویند که ترانسمیتر رادار به این شهرت دارد که برای برخی صنایع بسیار گران است که نمی توانند چنین سرمایه گذاری بزرگی انجام دهند، اما این دیگر درست نیست. با رشد، بهبود و تنوع بیشتر این فناوری، کاربران اکنون می توانند سنسورهای راداری مقرون به صرفه را پیدا کنند که به طور خاص برای صنایعی که به ابزار دقیق کم هزینه عادت دارند، طراحی شده اند.

هنگام جستجو برای اندازه گیری سطح غیر تماسی، فناوری رادار باید در بالای لیست همه باشد. سنسورهای رادار بیش از هر زمان دیگری متمرکز شده‌اند و آنها را به گزینه‌ای قابل اعتماد تبدیل می‌کند، حتی در کشتی‌های دارای موانع یا کاربردهایی که نیاز به دریچه‌های جداسازی دارند.

برخی از تولیدکنندگان ابزار دقیق تمرکز استثنایی فناوری 80 گیگاهرتز را با حساسیت باورنکردنی و نرم افزار هوشمند جفت می کنند، بنابراین کاربران می توانند محصولاتی با خواص بازتابی ضعیف را اندازه گیری کنند و سیگنال های برگشتی ناشی از نویزهای ناخواسته را حذف کنند.

علاوه بر این، رادارهای فرکانس بالا فعلی دارای اندازه آنتن کوچک‌تری هستند که رادار را قادر می‌سازد به مکان‌هایی برود که قبلاً غیرممکن تصور می‌شد. بهسازی و نصب در حال حاضر ارزان تر و ساده تر است.

کاربرانی که در گذشته از رادار دور شده‌اند، باید نگاهی دوباره به آن داشته باشند، و کاربرانی که در حال حاضر به رادار قدیمی‌تر تکیه می‌کنند، ممکن است بخواهند به یک واحد فرکانس بالا ارتقا پیدا کنند. فناوری رادار از زمان پیدایش خود راه درازی را پیموده است، و سنسورهای امروزی اندازه گیری دقیق تر و قابل اطمینان تر سطح را ارائه می دهند.

اصول ترانسمیتر سطح رادار TDR و FMCW

اندازه‌گیری مداوم سطح از طریق رادار بر اساس نظریه انتشار امواج الکترومغناطیسی است که توسط فیزیکدان بریتانیایی جیمز سی ماکسول در سال 1865 در غیاب هادی های الکتریکی ارائه شد.

با الهام از این نظریه فیزیکدان آلمانی، کریستین هولسمیر بلافاصله برای ثبت اختراع برای تله‌موبلوسکوپ خود، اولین دستگاه راداری از این نوع در دوسلدورف در سال 1904 درخواست داد. برای این نوآوری، او به درستی به عنوان مخترع «رادار اصلی» شناخته می‌شود.

یک ترانسمیتر رادار باید در بالای مخزن، محفظه/قفس یا لوله نصب شود. ترانسمیتر امواج مایکروویو را از طریق آنتن می فرستد و سپس به سطح محصول می رسد.

در سطح محصول، آنها به آنتن ترانسمیتر رادار منعکس می شوند. سرعت انتشار امواج مایکروویو در فضای آزاد سرعت نور (~300000 کیلومتر بر ثانیه) است.

موج پیوسته مدوله شده فرکانس (FMCW):

یک سیگنال رادار از طریق یک آنتن منتشر می شود، بر روی سطح محصول منعکس می شود و پس از یک زمان t دریافت می شود. اصول رادار مورد استفاده FMCW (موج پیوسته مدوله شده فرکانس) است. رادار FMCW سیگنالی با فرکانس بالا منتشر می کند که فرکانس آن در مرحله اندازه گیری به صورت خطی افزایش می یابد (به نام جاروب فرکانس). سیگنال منتشر می شود، از سطح اندازه گیری منعکس می شود و با تاخیر زمانی، t دریافت می شود. زمان تاخیر، t=2d/c، که d فاصله تا سطح محصول و c سرعت نور در گاز بالای محصول است. برای پردازش سیگنال بیشتر، اختلاف Δf از فرکانس انتقال واقعی و فرکانس دریافت محاسبه می شود. این تفاوت با فاصله نسبت مستقیم دارد.

اختلاف فرکانس زیاد مربوط به فاصله زیاد است و بالعکس، اختلاف فرکانس Δf از طریق تبدیل فوریه (FFT) به یک طیف فرکانس تبدیل می شود و سپس فاصله از طیف محاسبه می شود. سطح از تفاوت بین ارتفاع مخزن و فاصله اندازه گیری حاصل می شود.

TDR: بازتاب سنجی دامنه زمانی

این دستگاه پالس های الکترومغناطیسی با شدت کم با عرض تقریباً یک نانوثانیه را در امتداد یک هادی صلب یا انعطاف پذیر ارسال می کند. این پالس ها با سرعت نور حرکت می کنند. هنگامی که پالس ها به سطح محصول مورد اندازه گیری می رسند، پالس ها با شدتی منعکس می شوند که به ثابت دی الکتریک، εr، محصول بستگی دارد (به عنوان مثال، آب ثابت دی الکتریک بالایی دارد و پالس را به متر باز می کند. مبدل در 80 درصد شدت اولیه).

این دستگاه زمان ارسال پالس تا دریافت آن را اندازه گیری می کند: نیمی از این زمان معادل فاصله نقطه مرجع دستگاه (فلنج رو به رو) تا سطح محصول است. مقدار زمان به جریان خروجی 4 تا 20 میلی آمپر و یا سیگنال دیجیتال تبدیل می شود.

گرد و غبار، کف، بخار، سطوح هم زده، سطوح در حال جوش، تغییرات فشار، دما و چگالی تاثیری بر عملکرد ترانسمیتر راداری ندارند.

طیف خالی

تمام انعکاس های تداخلی که ناشی از درج های ثابت یا متحرک مخزن و کف مخزن است، با ثبت یک طیف خالی قابل شناسایی و ذخیره هستند. بازتاب‌های سطحی به‌طور قابل اعتمادی شناسایی می‌شوند، از بازتاب‌های تداخلی متمایز می‌شوند و با مقایسه طیف خالی با بازتاب‌های موجود در حالت پر، تحلیل می‌شوند. برای کاربردهایی با مخازنی که در زمان راه اندازی نمی توان آنها را خالی کرد، ترانسمیتر های راداری قابلیت ضبط یک طیف نیمه خالی را ارائه می دهند.

اصول کار ترانسمیتر سطح رادار غیر تماسی

برای اندازه گیری سطح رادار غیر تماسی دو تکنیک مدولاسیون اصلی وجود دارد:

1. تکنیک رادار پالس
2. تکنیک رادار FMCW (فرکانس مدوله شده موج پیوسته)

اصل اساسی

رادار پالس غیر تماسی یک سیگنال مایکروویو را ارسال می کند که از سطح محصول پریده و به سنسور باز می گردد. ترانسمیتر راداری تأخیر زمانی بین سیگنال اکو ارسال شده و دریافتی را اندازه گیری می کند و ریزپردازنده روی برد فاصله تا سطح مایع را با استفاده از فرمول محاسبه می کند:

فاصله = (سرعت نور x تأخیر زمانی) / 2

هنگامی که ترانسمیتر راداری با ارتفاع مرجع مخزن برنامه - معمولاً پایین مخزن یا محفظه - برنامه ریزی می شود، سطح مایع توسط ریزپردازنده محاسبه می شود.

سطح = ارتفاع مخزن – فاصله

رادار FMCW همچنین امواج مایکروویو را به سطح محصول ارسال می کند، اما سیگنال ارسالی دارای فرکانس متغیر است. هنگامی که سیگنال به سطح مایع رفت و به آنتن برگشت، با سیگنالی که در آن زمان در حال ارسال است مخلوط می شود. تفاوت فرکانس بین سیگنال دریافتی و ارسالی با فاصله تا مایع با دقت بالا نسبت مستقیم دارد.

از آنجایی که سنسور غیر تماسی است، حساسیت سنسور به خوردگی محدود است و برای سیالات چسبناک، چسبنده و ساینده گزینه ایده آلی است.

ترانسمیتر راداری غیر تماسی اغلب می تواند در شناورهای دارای همزن استفاده شود. دستگاه های فرکانس بالا را می توان با سیل های PTFE به طور کامل از فرآیند جدا کرد و با شیرها قابل استفاده بود.

فرکانس رادار غیر تماسی می تواند بر عملکرد آن تأثیر بگذارد. فرکانس کمتر حساسیت به بخار، کف و آلودگی آنتن را کاهش می‌دهد، در حالی که فرکانس بالاتر، پرتو رادار را باریک نگه می‌دارد تا تأثیر نازل‌ها، دیوارها و اجسام مزاحم را به حداقل برساند. عرض پرتو با اندازه آنتن نسبت معکوس دارد. عرض پرتو یک فرکانس معین با افزایش اندازه آنتن کاهش می یابد.

مزایای

1. رادار بدون تماس با اندازه گیری فاصله از سطح، اندازه گیری مستقیم از بالا به پایین را فراهم می کند.
2. می توان آن را با مایعات، لجن، دوغاب و برخی مواد جامد استفاده کرد.
3. یک مزیت کلیدی رادار این است که برای تغییرات در چگالی، دی الکتریک یا هدایت سیال نیازی به جبران نیست.
4. تغییرات فشار، دما و بیشتر شرایط فضای بخار هیچ تاثیری بر دقت اندازه گیری های رادار ندارد.
5. علاوه بر این، دستگاه های رادار فاقد قطعات متحرک هستند
6. بنابراین تعمیر و نگهداری حداقل است.
7. دستگاه های رادار غیر تماسی را می توان با استفاده از موانعی مانند مهر و موم PTFE یا دریچه ها از فرآیند جدا کرد.
8. از آنجایی که با محیط اندازه گیری شده تماس ندارد، برای کاربردهای خورنده و کثیف نیز مناسب است.

انواع آنتن ترانسمیتر سطح رادار

محدودیت ها

1. برای رادارهای غیر تماسی، نصب خوب کلید موفقیت است. سنسور نیاز به دید واضحی از سطح با یک نازل نصب صاف، بدون مانع و بدون محدودیت دارد.
2. موانع موجود در مخزن، مانند لوله‌ها، میله‌های تقویت‌کننده و همزن‌ها می‌توانند باعث پژواک‌های کاذب شوند، اما اکثر ترانسمیترها دارای الگوریتم‌های نرم‌افزاری پیچیده‌ای هستند که امکان پوشاندن یا نادیده گرفتن این پژواک‌ها را فراهم می‌کنند.
3. رادارهای غیر تماسی می توانند به هم زدن رسیدگی کنند، اما موفقیت آنها به ترکیبی از خواص سیال و میزان آشفتگی بستگی دارد. ثابت دی الکتریک (DK) محیط و شرایط سطح بر اندازه گیری تأثیر می گذارد. اندازه گیری ممکن است تحت تأثیر وجود فوم باشد. انرژی معمولاً توسط فوم سبک و هوا منعکس نمی شود در حالی که فوم متراکم و سنگین معمولاً انرژی را منعکس می کند.
4. با سیالات فرآیند دی الکتریک کم، مقدار زیادی از انرژی تابیده شده به سیال از دست می رود و انرژی بسیار کمی باقی می ماند تا به سنسور بازتاب شود. آب و بیشتر محلول های شیمیایی دارای DK بالایی هستند. روغن کوره، روغن روان کننده و برخی مواد جامد مانند آهک دارای DK پایینی هستند.
5. اگر سطح متلاطم باشد، چه در اثر هم زدن، اختلاط محصول یا پاشش، سیگنال بیشتری از بین می رود. بنابراین ترکیبی از سیال دی الکتریک کم و تلاطم می تواند سیگنال بازگشت را به یک رادار غیر تماسی محدود کند. برای دور زدن این موضوع، می توان از لوله های بای پس یا چاه های ساکن برای جداسازی سطح از تلاطم استفاده کرد.

محدودیته های ترانسمیتر راداری غیر تماسی

تاسیسات رادار نیازمند در نظر گرفتن هندسه مخزن، محل نازل و اندازه است. به همین دلیل، فوکوس (زاویه پرتو) آنتن باید در نظر گرفته شود. این موضوع بیشتر برای ترانسمیتر هایی با فرکانس های پایین (4.5 تا 10 گیگاهرتز) نگران کننده است تا فرکانس های کاری بالاتر (24 تا 27 گیگاهرتز).

انسدادهای داخلی مانند کویل های گرمایش، لوله های ایستاده، همزن ها و غیره باید در نظر گرفته شوند. این موضوع بیشتر برای ترانسمیتر هایی با فرکانس های پایین (4.5 تا 10 گیگاهرتز) نگران کننده است تا فرکانس های کاری بالاتر (24 تا 27 گیگاهرتز).

نصب و عیب یابی ممکن است به آموزش خاص سازنده محصول و رایانه لپ تاپ با نرم افزار سازنده محصول نیاز داشته باشد.

سطح آمونیاک خالص، وینیل کلرید یا متیل کلرید را نمی توان با برد رادار 24 تا 27 گیگاهرتز اندازه گیری کرد. این به دلیل بخار گاز مربوطه است که امواج 24 تا 27 گیگاهرتز را میرااند. برای این برنامه می توان از رادار در فرکانس 4.5 تا 10 گیگاهرتز استفاده کرد.

فوم سنگین و غلیظ اثر میرایی قابل توجهی در مایکروویو دارد. در مرحله طراحی باید توجه خاصی به تشکیل فوم شود. اگر این فرآیند فوم غلیظی تولید کند که منجر به میرایی بیش از حد می شود، رادار توصیه نمی شود.

در نتیجه، نمی توان فرکانس خاصی را برای کاربرد فوم توصیه کرد. سنسورهایی با حساسیت افزایش یافته برای کاربردهای فوم در دسترس هستند.

ترانسمیتر های رادار می توانند رابط گاز-مایع را اندازه گیری کنند اما رابط مایع-مایع را اندازه گیری نمی کنند.

اگر ثابت دی الکتریک (DC) محصول کمتر از 1.4 باشد، برای انتخاب سنسور یا نصب متناسب با کاربرد باید در نظر گرفته شود. دی الکتریک DC نسبت گذردهی الکتریکی محصول به گذردهی فضای آزاد است.

هرچه ثابت دی الکتریک بیشتر باشد، سیگنال منعکس شده توسط محصول قوی تر است. ثابت دی الکتریک محصول تأثیر کمتری بر دقت دارد، زیرا فقط دامنه را تغییر می دهد و موقعیت پژواک را روی منحنی اکو تغییر نمی دهد، بلکه تأثیر بیشتری بر قابلیت اطمینان اندازه گیری دارد. شکل زیر را ببینید.

جدول - مثالی از ثابت دی الکتریک محصول

توجه: به دلیل پایین بودن ثابت دی الکتریک برخی از مواد، اندازه گیری از طریق پلاستیک، شیشه یا سرامیک امکان پذیر است.

شکل - راداری که سطح را از طریق ظرف پلاستیکی اندازه گیری می کند

مجوز

الزامات مجوز محلی باید در نظر گرفته شود. سیستم های رادار انرژی فرکانس رادیویی را ساطع می کنند. بسیاری از کشورها نیاز به مجوز تحت آژانس تنظیم مقررات ارتباطات زمانی که بیش از یک سطح قدرت تعریف شده است.

انتخاب

تلاطم های بسیار قوی روی سطوح محصول قادر است امواج مایکروویو را در جهات مختلف منعکس کند. این باعث کاهش دامنه اکو نیز می شود.

در تلاطم های بسیار قوی، مانند یک راکتور با یک همزن قوی، این باید برای موقعیت نصب رادار در نظر گرفته شود.

ترانسمیتر رادار باید پشت یک بافل قرار گیرد. این امکان اندازه گیری بسیار آسان و قابل تکرار را فراهم می کند.

این که آیا رادار روی سطح آشفتگی استفاده می شود، باید چاه ساکن یا قفس سنسور را در نظر گرفت. قفس سنسور یا چاه ساکن باید حداقل دارای شناسه مشابه با قطر بوق رادار باشد.

تراکم بخار و رسوبات می تواند بر عملکرد اندازه گیری رادار تأثیر بگذارد. در این حالت، ردیابی حرارتی لازم و یک قطعه گرد PTFE ممکن است در فلنج نصب نصب شود تا از تجمع بر روی مخروط گیج رادار جلوگیری شود. استفاده از پاکسازی نیز ممکن است در نظر گرفته شود.

استفاده از محافظ PTFE روی مخروط رادار از خوردگی جلوگیری می کند.

رادار نصب شده به طور مستقیم بر روی کشتی که نمی توان آن را خاموش کرد باید با شیر های ایزوله (نوع با سوراخ کامل) ارائه شود.

ترانسمیتر های رادار با طیف گسترده ای از طرح ها و اندازه های آنتن برای کاربردهای مختلف در دسترس هستند.

ترانسمیتر های رادار با مواد، سیل ها و محفظه های مختلف برای تناسب با شرایط فرآیند و محیط موجود هستند.

فرکانس پایین (4 تا 10 گیگاهرتز) هنگام اندازه گیری در بخار و فوم ترجیح داده می شود.

فرکانس بالا (بالاتر از 25 گیگاهرتز) در اکثر برنامه های کاربردی دیگر به دلیل انعطاف پذیری بیشتر در نصب ترجیح داده می شود. (نصب زاویه پرتو کوچک آسانتر است.)

مایکروویوهای فرکانس بالا برای اکثر کاربردها مناسب هستند، ملاحظات نصب کمتری دارند، زاویه پرتو باریکی دارند که راحت‌تر از اختلال جلوگیری می‌کند و به دلیل تمرکز انرژی بیشتر، محدوده اندازه‌گیری طولانی‌تری را ارائه می‌دهد.

مایکروویوهای فرکانس پایین طول موج طولانی تری را ارائه می کنند که به راحتی به فوم، بخار سنگین و میعان نفوذ می کند. زاویه باز پرتو در برخی موارد می تواند اختلالات را به راحتی عبور دهد (زمانی که پژواک مزاحم مستقیماً زیر رادار قرار دارد).

طرح

اندازه ها و انواع آنتن های مختلف برای تناسب با نیازهای قلاب در دسترس هستند.

شکل - اشکال آنتن رادار

نصب و راه اندازی

ترانسمیتر های رادار را می توان مستقیماً در بالای مخزن نصب کرد، بدون هیچ گونه دریچه یا لوله ایستاده. این اصل نصب را می توان در صورتی استفاده کرد که بتوان فرآیند را در زمانی که رادار به تعمیر و نگهداری نیاز دارد خاموش کرد.

وقتی رادارها در یک نازل نصب می‌شوند، نقشه‌های واقعی کشتی‌ها یا مخزن‌ها باید قبل از انتخاب اندازه آنتن بررسی شوند (مثلاً شناسه‌های نازل ممکن است کوچک‌تر از حد انتظار باشد).

این معمولاً در فلنج های با رتبه بالا یا ویژگی های خاص مانند فلنج های گردن جوش بلند رخ می دهد.

شکل – رادار مستقیم نصب مخزن بالا

سنسور باید عمود بر سطح نصب شود. سوکت نصب در بالای مخزن باید تا حد امکان کوتاه باشد.

در مورد سازهای دارای آنتن بوق، طول سوکت باید کمتر از طول آنتن بوق باشد.

شکل - تراز رادار

شکل - نصب رادار سوکت یا نازل رادار

اگر دسترسی به آنتن مورد نیاز است (مثلاً نگهداری/عملیات)، باید از شیر توپی با سوراخ کامل استفاده شود.

توجه: اندازه‌گیری‌های الکترونیکی بدون تماس معمولاً بدون خاموش شدن فرآیند قابل جابجایی هستند.

این امر تأثیر روی مایکروویو را کاهش می دهد و امکان اندازه گیری قابل اعتماد و دقیق را فراهم می کند.

در صورت نیاز به برداشتن آنتن مخروطی برای تعمیر و نگهداری (تمیز کردن) شیر کامل سوراخ راه حلی است. رادار الکترونیکی را می توان بدون باز کردن مخزن تغییر داد.

شکل - شیر توپی با پورت کامل رادار

هنگام نصب یک سنسور رادار غیر تماسی بر روی یک چاه ساکن یا لوله محفظه/قفس، شناسه باید حداقل قطر بوق باشد.

توجه: اگر شناسه چاه ساکن یا محفظه/قفس ثابت نباشد، پارامتر خاصی را می توان پیکربندی کرد.

شکل – نصب رادار با استفاده از چاه ساکن

شکل – نصب رادار با استفاده از لوله محفظه/قفس

برای کاربرد در مخازن عایق بندی شده، توصیه می شود نازل، شیر توپ، فلنج و بخشی از ابزار را نیز عایق بندی کنید.

این از تراکم و تجمع بر روی آنتن و نازل جلوگیری می کند و قابلیت اطمینان و امنیت اندازه گیری را افزایش می دهد.

مخازن سقف شناور

در برخی از کاربردهای سقف شناور، ممکن است استفاده از رادار برای اندازه گیری سقف شناور به جای مایع، سودمند یا حتی تنها راه باشد.

سنسور باید عمود بر سطح نصب شود. در این برنامه رادار به جای مایع، سقف را ردیابی می کند.

یک افست باید در رادار وارد شود تا ضخامت سقف مجاز باشد.

رادار سطح را تا جایی که پایه سقف فرود می آید ردیابی می کند. هنگامی که پاها فرود آمدند، رادار موقعیت سقف را نشان می دهد حتی اگر سطح به طور قابل توجهی پایین تر باشد.

دقت سطح رادار محدود به این است که سقف چقدر مایع را دنبال می کند. اصطکاک های آب بندی وجود دارد که بر میزان آزادانه بالا و پایین رفتن سقف تأثیر می گذارد. در برخی موارد، سقف ممکن است در حین پر کردن و تخلیه بچسبد و این می تواند منجر به خطاهای اندازه گیری شود. اگر مقدار زیادی برف یا آب روی پشت بام جمع شود، رادار سنج می تواند به جای سقف، اندازه گیری برف/آب را شروع کند.

اگر رادار در مخزن سقف شناور خارجی نصب شده باشد، رادار باید دارای مجوز کمیسیون ارتباطات فدرال (FFC) باشد.

گیج رادار دارای مجوز FCC part 15 است که برای نصب تانک معمولی معتبر است. در مورد سقف شناور خارجی، گیج رادار در "هوای آزاد" و یک قسمت FFC 90 است. باید مجوز ارائه شود

این برنامه ساده است و می توان آن را آنلاین ساخت. این پاراگراف برای تأسیساتی که در قلمرو ایالات متحده آمریکا واقع شده اند یا در جایی که مقررات ایالات متحده اجباری هستند و مقررات FCC در آنها اعمال می شود، مناسب است.

اگر سقف صاف نباشد، رادار به یک بازتابنده افقی روی سقف نیاز دارد. این معمولاً برای مخازن سقف شناور خارجی که در آن پانتون زاویه کمی دارد، صادق است.

بازتابنده باید حداقل 50 میلی متر × 50 میلی متر باشد (به طور کلی 75 میلی متر × 75 میلی متر استفاده می شود). رفلکتور باید در محلی روی سقف شناور با کمترین انسداد فلزی نصب شود و به صورت افقی نصب شود.

کالیبراسیون و پیکربندی

رادارهای غیر تماسی در ابتدا در کارخانه با مقدار دی الکتریک اولیه (به عنوان مثال 1.6) کالیبره می شوند.

• کالیبراسیون خشک: مقادیر صفر و مقیاس کامل به صورت دستی تنظیم می شوند. این مقادیر مقیاس حداقل و حداکثر سطح قابل اندازه گیری را نشان می دهد. این تنظیمات را می توان در محل انجام داد یا خیر.
• کالیبراسیون مرطوب: کالیبراسیون مرطوب برای در نظر گرفتن تمام پژواک های کاذب به دلیل شکل داخلی ظرف ضروری است. ثبت الکترونیکی این پژواک های نادرست. این اکوهای کاذب فیلتر می شوند و دیگر در طول اندازه گیری سطح در نظر گرفته نمی شوند. این کالیبراسیون مرطوب باید با سطح پایین واقعی انجام شود تا تمام بازتاب‌های مزاحم بالقوه شناسایی شوند.

انواع آنتن ترانسمیتر سطح رادار

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

مقالات مرتبط