ترانسمیتر سطح راداری چگونه کار می کند
برای اولین بار در سال 1980 رادارهای نظامی وارد صنعت اندازه‌گیری فرآیندی شدند. این رادارها با ایجاد تحولات صنعتی در تکنولوژی ساخت خود و استفاده از تکنولوژی FET در ساخت مدارات الکتریکی، گامی بزرگ در جهت کوچک شدن و صنعتی شدن ابزار دقیق‌های راداری برداشتند.
هر دو سیگنال راداری و ریزموجی با سرعت نور منتشر می‌شوند. اما تفاوت آن‌ها در فرکانسشان است. فرکانسهای پخش رادیو و تلویزیون معمولاً بین 88 مگاهرتز تا کمتر از یک گیگاهرتز است و این در حالی است که فرکانس ریزموج‌ها در محدوده 1 تا 300 گیگاهرتز است. معمولاً این رنج فرکانسی فقط برای کاربردهای نظامی در هواپیماها و رادارهای زمینی استفاده می‌شود. تفاوت دیگر آن‌ها در میزان قدرتشان است. قدرت سیگنال راداری حدود 0/01mw/cm^2 است در حالی که قدرت ریزموج در محدوده 5-0/1 است.
به دلیل کارکرد ریزموج‌ها در سطح انرژی بالاتر مقاومت آن‌ها نسبت به سنسورهای نوع راداری بیشتر است. لذا گیج راداری نسبت به سنسورهای فراصوتی در استفاده از ریزموج به جای موج صوتی تفاوت دارند. همانند تجهیزات فراصوتی در این روش نیز آن‌ها در بالای مخزن برای مشخص کردن سطح مواد اندازه‌گیری نصب می‌شوند. سنسورهای راداری شامل فرستنده، آنتن، گیرنده‌ی راداری پردازشگر و واسط اپراتوری است. در فرستنده، اسیلاتورهای نیمه هادی موج‌های الکترومغناطیسی را تولید می‌کنند. فرکانسی که غالباً برای این تجهیز استفاده می‌شود حدود 10 گیگاهرتز است.
برای آشکارسازی مواد خشک و غیر رسانا با میزان خیلی کم از مواد توده‌ای می‌توان از فرستنده‌های فرکانس بالاتر استفاده کرد. از آنجایی که انواع مختلفی از آنتن‌ها وجود دارد، انتخاب صحیح نوع آنتن برای کاربرد و نصب مدنظر مهم و اساسی است.
ترانسمیتر سطح رادار – کار، انواع، مزایا
یک ترانسمیتر سطح رادار، فاصله بین نقطه نصب ترانسمیتر و سطح یک ماده فرآیند واقع در فاصله را اندازه گیری می کند. با اندازه گیری زمان پرواز یک موج در حال حرکت، فاصله را اندازه گیری می کند.ترانسمیتر های سطح رادار پرکاربردترین ترانسمیتر تراز در بسیاری از کاربردهای حیاتی هستند. ترانسمیتر های سطح رادار به طور دقیق سطوح موجود در مخزن را اندازه گیری می کنند. اساساً ترانسمیتر سطح رادار بر اساس اصل بسیار ابتدایی زمان پرواز کار می کند.
اصل زمان پرواز
زمان پرواز مدت زمانی است که هر موج یا ذره پس از انعکاس از جسم در یک محیط معین طی می کند. کل زمان صرف شده توسط این امواج یا ذرات به عنوان زمان پرواز نامیده می شود.
t 1 = زمان صرف شده توسط موج از ترانسمیتر به هدف
t 2 = زمان صرف شده توسط موج برای بازتاب به گیرنده
زمان پرواز (TOF) = t 1 + t 2
کار ترانسمیتر سطح رادار
همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است، یک گیرنده ترانس امواج را ارسال و دریافت می کند. زمان حرکت امواج به سمت هدف، بازتاب از آن و بازگشت را محاسبه می کند.سرعت امواج برابر با سرعت نور (3×108 متر بر ثانیه) است. الگوریتم ترانسمیتر زمان را محاسبه می کند. بدین ترتیب ترانسمیتر سطح رادار با استفاده از فرمول فوق، فاصله بین گیرنده ترانس و هدف را محاسبه می کند.
ترانسمیتر سطح نوع رادار دارای یک گیرنده ترانس است که سیگنال امواج الکترومغناطیسی را ارسال می کند و سیگنال را پس از بازتاب از جسم دریافت می کند. بنابراین ترانسمیتر زمان پرواز را اندازه گیری می کند.
کار اصلی ترانسمیتر رادار ارسال امواج مایکروویو (که می‌توانند فرکانسهای متفاوتی برای کاربردهای مختلف داشته باشند) به کشتی یا مخزن و دانستن زمان لازم برای حرکت به این طرف و آن طرف از سطح پر شده در کشتی یا مخزن است. ترانسمیتر رادار با استفاده از فرمول فاصله = سرعت X زمان، فاصله ترانسمیتر تا بالای مواد پر شده در مخزن را محاسبه می کند.
عامل مهم در انتخاب فرکانس مایکروویو به ثابت دی الکتریک مواد پر شده و بخارات و همچنین محیط موجود در بالای سطح پر بستگی دارد.
دقت اندازه گیری ترانسمیتر سطح رادار به دی الکتریک جسم بستگی دارد. جسمی که دی الکتریک بالایی دارد، مایکروویو را بیشتر جذب می کند و دقت اندازه گیری به دلیل سیگنال دریافتی کمتر از ترانسمیتر کمتر است. در این حالت فرکانس مایکروویو باید بیشتر باشد.
انواع ترانسمیتر سطح رادار
2 نوع ترانسمیتر سطح رادار وجود دارد. 1 یک ترانسمیتر سطح راداری از نوع غیر تماسی و دیگری ترانسمیتر سطح راداری نوع تماسی است.
• نوع تماس ترانسمیتر سطح رادار
• ترانسمیتر سطح رادار نوع غیر تماسی
نوع تماس ترانسمیتر سطح رادار
ترانسمیتر های رادار نوع تماس دارای یک آنتن یا گیرنده ترانس هستند که با یک کاوشگر به انتهای کشتی یا مخزن متصل است. آنتن یا گیرنده ترانس سیگنال های مایکروویو را از طریق پروب ارسال می کند.
هنگامی که این سیگنال های مایکروویو به سطح برخورد می کنند، منعکس شده و به سمت گیرنده آنتن یا ترانس حرکت می کنند. در اینجا بخشی از امواج مایکروویو بیشتر به انتهای مخزن می رود و از آنجا منعکس می شود. شکل 1 نشان می دهد که چگونه امواج مایکروویو وقتی هیچ ماده ای در ظرف یا مخزن وجود ندارد، پژواک ایجاد می کند. شکل 2 نشان می دهد که چگونه امواج مایکروویو با وجود مواد در ظرف، پژواک می شوند. ترانسمیتر فقط اکو را درک می کند و آن را به سطوح معادل ترجمه می کند. در صورت تداخل، پژواک های بیشتری شکل می گیرد.
شکل 1-تشکیل اکو زمانی که هیچ ماده ای در ظرف وجود ندارد
ترانسمیتر سطح رادار نوع غیر تماسی
ترانسمیتر های سطح راداری نوع غیر تماسی دارای یک آنتن یا مثلا گیرنده ترانس و یک مدار پردازش هستند. آنتن یا گیرنده ترانس در داخل یک شکل مخروطی برای سنجش امواج مایکروویو در مسیر مستقیم محافظت می شود تا دقت اندازه گیری بهتری به دست آید.
گیرنده آنتن/ترانس سیگنال های مایکروویو با فرکانس بالا را در داخل مخزن یا کشتی ارسال می کند. این سیگنال های مایکروویو از بالای موادی که به آن برخورد می کنند منعکس می شوند. سپس گیرنده ترانسمیتر امواج منعکس شده را دریافت می کند. ترانسمیتر زمان بین ارسال امواج و دریافت امواج را محاسبه می کند. ترانسمیتر فاصله را با استفاده از فرمول، فاصله = سرعت x زمان محاسبه می کند.
دقت اندازه گیری در صورت کثیف شدن آنتن ترانسمیتر تأثیر می گذارد. تمیز کردن دوره ای برای اندازه گیری دقیق سطح ضروری است. در ترانسمیتر های مدرن، سیستم تمیز کردن خودکار آنتن موجود است.
ثابت دی الکتریک چگونه بر اندازه گیری تأثیر می گذارد؟
ثابت دی الکتریک مواد پر شده و بخارات موجود در فضای خالی بالای سطح پر شده بر دقت اندازه گیری تاثیر می گذارد. بخار باعث تداخل در مسیر امواج مایکروویو می شود. بنابراین، در نظر گرفتن این عوامل در هنگام اندازه گیری بسیار مهم است. این نقش بسیار مهمی در اندازه گیری سطح واقعی دارد.
ثابت های دی الکتریک محیط ها یا سیالات موجود باید تفاوت قابل توجهی داشته باشند. زیرا اگر ثابت‌های دی‌الکتریک تقریباً یکسان باشند، در پژواک‌های منعکس‌شده تفاوت معناداری وجود ندارد. این به شدت به فرکانس مایکروویو مورد استفاده نیز بستگی دارد. انتخاب یک فرکانس خاص برای دی الکتریک معین بسیار معمولی است. همیشه قبل از اعمال تغییرات یا سفارش ترانسمیتر جدید با فروشنده مشورت کنید.
ترانسمیتر های مختلف سطح رادار برای اندازه گیری رابط در دسترس هستند. حداقل اختلاف ثابت دی الکتریک برای اندازه گیری دقیق سطح 5 است.
مزایای ترانسمیتر سطح نوع رادار
• ترانسمیتر های سطح رادار برای اندازه گیری سطوح مایعات، جامدات، دوغاب ها یا رابط ها مناسب هستند.
• از آنجایی که هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد، تعمیر و نگهداری بسیار کمتر است.
• هیچ تأثیری بر اندازه گیری توسط اغتشاش مایع، تغییر در چگالی، تغییر دما و تغییر فشار ندارد.
• ترانسمیتر های سطح راداری نوع غیر تماسی برای سیالات بسیار خورنده نیز مناسب هستند.
محدودیت های ترانسمیتر سطح نوع رادار
• اگر تغییری در ثابت دی الکتریک ماده وجود داشته باشد، قرائت ها متفاوت خواهد بود.
• در استفاده از رادار نوع تماس، اگر ماده ای روی کاوشگر بچسبد، پژواک ایجاد می کند و خوانش اشتباهی دریافت می کنیم. باید پروب را بیرون بکشیم و تمیز کنیم و دوباره نصب کنیم.
• در رادارهای نوع غیر تماسی نیز اگر موادی روی آنتن چسبید، باید آن را تمیز کنیم.
• برای اندازه گیری تداخل، حداقل تفاوت در ثابت دی الکتریک باید 5 باشد. در غیر این صورت نمی توانیم اکو رابط را به درستی اندازه گیری کنیم.
کاربردهای ترانسمیتر سطح رادار
• صنعت معدن
• نیروگاه
• صنعت کاغذ و خمیر کاغذ
• صنعت هوانوردی
• کارخانه های سیمان
• کارخانه های فولاد
