تفاوت بین لول ترانسمیتر التراسونیک و راداری

برای مقایسه تفاوت بین لول ترانسمیتر التراسونیک و راداری، اولین سوالی که ذهن هر کسی را درگیر می کند این است که این دو فناوری چه هستند و چگونه کار میکنند.در این مقاله می خواهیم از دو تجهیز اندازه گیری سطح سیالات صحبت کنیم که هردو از روش های غیر تماسی و پیوسته استفاده می کنند. هر دو سنسور دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. در این جا به بررسی تمامی موارد و چگونگی انتخاب یک لول ترانسمیتر مطابق با نیاز های موجود میپردازیم. همچنین هدف این مقاله بررسی تفاوت های موجود در این ترانسمیتر سطح است.

لول ترانسمیتر التراسونیک

لول ترانسمیتر اولتراسونیک تجهیزی جهت اندازه گیری سطح سیال مایع و جامدات پودری در مخازن است. این تجهیز با ارسال امواج مکانیکی به سطح سیال و دریافت انعکاس امواج از سطح سیال قادر به اندازه گیری سطح می باشند.امواج مورد استفاده در این تجهیز از نوع مکانیکی می باشند این بدین معنی است که برای انتشار نیاز به محیط فیزیکی دارد. سرعت انتشار در این امواج بستگی به تغییرات دما، فشار، چگالی و نویز دارد یعنی با تغییر هر یک ازین عوامل اندازه گیری دچار خطا می شود. این سنسور ها از اصل زمان پرواز (TOF) استفاده می کنند. مبدل اولتراسونیک یک پالس صوتی از طریق مبدل الکتریکی پیزو تولید می کند که از طریق هوا به فرآیند هدایت می شود.هنگامی که این پالس به سطح فرآیند برخورد می کند، به مبدل منعکس می شود. سنسور به عنوان یک تایمر با فناوری پیشرفته زمان لازم برای حرکت پالس به فرآیند و بازگشت را اندازه گیری می کند. این زمان با فاصله ترانسمیتر تا سطح سیال رابطه مستقیم دارد.فرکانس لول ترانسمیتر اولتراسونیک  تابعی از محدوده اندازه گیری می باشد. فرکانس های بالا معمولا برای اندازه گیری اندازه های بلند استفاده میشوند. وبالعکس. در حالت کلی این ترانسمیتر ها برای مخازن با ارتفاع بالا مناسب نیستند.

لول ترانسمیتر التراسونیک

لول ترانسیمتر رادرای

لول ترانسمیتر راداری تجهیزی جهت اندازه گیری سطح سیال مایع و جامد در مخازن است. این تجهیز با ارسال امواج الکترو مغناطیسی به سطح سیال و دریافت انعکاس آن از سطح سیال قادر به اندازه گیری سطح می باشند.سنسور های راداری نیز مانند اولتراسونیک از اصل زمان پرواز TOF استفاده می کنند اما به جای امواج صوتی از امواج الکترومغناطیسی استفاده می کنند. این امواج برای انتشار نیاز به محیط فیزیکی ندارند و در خلا نیز می توانند حرکت کنند. به همین علت است که این سیگنال ها تحت تاثیر شرایطی چون دما، فشار و شرایط فرآیندی مثل کف و فوم و بخارات قرار نمی گیرند. این امواج به جای انعکاس بر اساس تغییر چگالی مانند امواج صوتی، بر اساس تغییر از یک محیط دی الکتریک پایین (هوا) و ثابت دی الکتریک بالاتر (محیط فرآیند) منعکس می شوند. 

سنسور رادار بها فرکانس بالا دارای زاویه بسیار باریک در حدود 3 ~ 5 درجه هستند. این بدین معنا می باشد که بیشتر انرژی سنسور در یک نقطه متمرکز است و این باعث می شود که تمامی حرکت ها فیلتر شوند و نتیجه و فرکانس مطلوبی ارسال نمایند. همچنین این تجهیز قادر است تمامی نویز ها و بازتاب های ناخواسته را به حداقل برساند.

لول ترانسیمتر رادرای

مقایسه مزایا و معایب لول ترانسمیتر های رادار و اولتراسونیک

فناوری رادار به طور مشخصی به عنوان بهترین روش اندازه گیری سطح شناخته می شود. اما این بدین معنی نیست برای همه شرایطی صادق باشد. در سالهای اخیر سنسور های رادار پیشرفت های زیادی در عملکرد، دقت و حتی هزینه داشته اند اما با این حال برای تمام شرایط نمی توانند گزینه مناسبی باشند. برخی از کاربرد ها وجود دارند که در آنها فناوری اولتراسونیک مناسب تر است.

مزایای اندازه گیری سطح به روش اولتراسونیک

روش اولتراسونیک یک روش ثابت شده و مناسب و مقرون به صرفه برای اندازه گیری سطح در مایعات و جامدات می باشد. از آنجایی که لول ترانسمیتر اولتراسونیک برای بازتاب به ثابت دی الکتریک متکی نیست برای استفاده در جایی که محیط فرآیند دارای ثابت دی الکتریک پایین است ( <1.5 ) به استثنای هیدروکربن ها، مناسب است همچنین برای اندازه گیری جریان کانال باز، سرریز ها و یا فلوم ها مناسب هستند.

مزایای اندازه گیری سطح به روش رادار

این روش بدون نیاز به تماس سنسور و سیال و همچنین بدون نیاز به تعمیر و نگهداری می باشد.

اندازه گیری در این روش تحت تاثیر عواملی چون چگالی و رسانایی، و در جامدات نیز تحت تاثیر صدای پر شدن و گرد و غبار قرار نمی گیرد. همچنین محدوده اندازه گیری در این سنسور ها کاملا آزادانه و قابل تنظیم است و در دمای بالا تا 450 °C نیز قابل استفاده است.

کاربرد های لول ترانسمیتر اولتراسونیک

عامل محدود کننده درترانسمیتر های رادار ثابت دی الکتریک است. مواد با ثابت دی الکتریک پایین ممکن است تغییر کافی برای انعکاس ایجاد نکنند. این امر باعث می شود که پرتو ها الکترومغناطیسی از جسم عبور کرده و از کف مخزن بازتاب داده شوند. برخی از مواد با ثابت دی الکتریک بسیار پایین عبارتند از: سیمان سفید، تراشه های چوب و بسیاری از گلوله های پلاستیکی. برای این موارد ترانسمیتر اولتراسونیک بهترین گزینه برای اندازه گیری سطح می باشد.

کاربرد های رایج:

• اندازه گیری سطح مایع: در مخازن، چاه ها، چاله ها یا دریاچه ها استفاده می شود.
• اندازه گیری سطح جامدات: مناسب برای جامدات حجیم، اما در محیط هایی که گرد و غبار یا پودر وجود دارد کمتر موثر است.
• اندازه گیری جریان کانال باز: در تصفیه خانه های آب، پایش محیطی و کانال های آبیاری برای محاسبه جریان استفاده می شود.
• تشخیص حضور یک شی و مشخصات آن: در محیط های کثیف یا مرطوب برای اهداف با حرکت آهسته مانند کارواش موثر است.

کاربرد های لول ترانسمیتر رادار

لول ترانسمیتر های رادار با استفاده از پرتوهای الکترو مغناطیسی نیازی به فضای فیزیکی برای انتشار ندارند. این بدین معنی است که به هوا به عنوان وسیله انتقال نیازی نیست. رادار برای استفاده در خلا و یا زمانی که گاز های دیگر در فضا باشند گزینه مناسبی است. رادار حتی در شرایط سخت فرآیندی از جمله فشار بالا، دمای بالا، بخار، تغییر در ویسکوزیته، اسیدیته و چگالی کاربرد دارد.

کاربرد های رایج این محصول شامل مخازن ذخیره سازی ساده، رسانه های خورنده یا تهاجمی، مایعات چرخشی، میکسر پروانه، مخازن هوادهی یا کاربرد های اندازه گیری مخزن با دقت بالاست. همچنین این تجهیز برای مخازن خلا با روغن پخت و پز، رنگ ، لاتکس، چربی حیوانات، روغن لوبیای سویا، گردو غبار اره، تتراکلرید تیتیانیوم، نمک و … استفاده می شود.

کاربرد های رایج:

• مواد شیمیایی/ پتروشیمی: موثر در محیط های خشن
• انرژی، نفت، گاز: مناسب برای شرایط سخت
• غذا و نوشیدنی: ایده آل برای حفظ بهداشت و دقت
• مواد معدنی و معدن: می تواند گرد و غبار و شرایط سخت را کنترل کند.
• فاضلاب: در اندازه گیری لجن و زلال ساز به خوبی عمل می کند.

تفاوت های لول ترانسمیتر اولتراسونیک و راداری

• اصول اندازه گیری

• نقاط کور 

• موقعیت های کاربردی 

• تحمل دما و فشار

• دقت 

• هزینه

اصول اندازه گیری

بزرگترین تفاوت این دو محصول این است که لول ترانسمیتر اولتراسونیک از امواج صوتی تا 20KHz استفاده می کنند در حالی که رادار از امواج الکترومغناطیسی با طول موج تا 80 GHz استفاده می کنند.لول ترانسمیتر اولتراسونیک امواج صوتی با فرکانس بالا را توسط پروب به سطح سیال ارسال می کند. امواج پس از برخورد با هدف، منعکس شده و بازتاب می شوند و توسط همان پروب ها دریافت شده و سپس به سیگنال الکتریکی تبدیل می گردند. زمان بین ارسال و دریافت متناسب است با فاصله سنسور تا سطح سیال.

در لول ترانسمیتر های رادار آنتن سنسور، سیگنال های امواج الکترو مغناطیس را به صورت پرتو ارسال می کند و امواج ارسال شده بر روی سطح سیال مورد اندازه گیری منعکس شده و توسط آنتن دریافت می شوند. هر نقطه در پرتو های ارسالی و بازتابی با استفاده از نمونه برداری جمع آوری می شود. پس از پردازش سیگنال توسط پردازنده هوشمند، فاصله بین رسانا و پروب به دست می آید و برای نمایش، عملیات و غیره به صفحه نمایش ارسال می شود.

نقاط کور

منطقه کور یا ناحیه مرده به نقطه ای در نزدیکی سنسور می گویند که هر سطحی یا موادی در این نقطه وجود داشته باشد سنسور قادر به اندازه گیری آن نیست. این ناحیه در سنسور های دوربرد ممکن است تا 1 متر باشد.هنگام نصب لول ترانسمیتر باید ناحیه مرده در نظر گرفته شود. زیرا در این ناحیه لول ترانسمیتر اولتراسونیک قادر به تشخیص و اندازه گیری سطح سیال نیست. بنابراین در هنگام طراحی و نصب لول ترانسمیتر اولتراسونیک حاشیه 50 سانتیمتر در نظر گرفته شود یعنی پروب ترانسمیتر باید حدود 50 سانتیمتر بالاتر از حداکثر سطح سیال نصب شود.

در لول ترانسمیتر رادار ناحیه کور کوچکتر خواهد بود. به عنوان مثال ناحیه کور لول ترانسمیتر 80GHz میتواند 0.3 m یا  0.2 m (در این محدوده) باشد.

نقاط کور

موقعیت های کاربردی

لول ترانسمیتر رادار از امواج الکترو مغناطیسی استفاده می کند که تحت تاثیر ثابت دی الکتریک ماده مورد اندازه گیری است. امواج لول ترانسمیتر اولتراسونیک از نوع مکانیکی می باشند که تحت تاثیر چگالی محیط اندازه گیری هستند. بنابراین هنگام اندازه گیری مواد با ثابت دی الکتریک بسیار کم، اثر اندازه گیری لول ترانسمیتر رادار بشدت کاهش می یابد.

امواج اولتراسونیک امواجی هستند که برای انتشار نیاز به یک محیط فیزیکی دارند. بنابراین ترانسمیتر اولتراسونیک را نمی توان در شرایط خلا، بخار زیاد یا کف روی سیال استفاده کرد. لول ترانسمیتر راداری در انواع شیپوری، میله ای و کابلی وجود دارد و در صنایع مختلف اندازه گیری قابل استفاده می باشد. در حالت کلی لول ترانسمیتر راداری در مقایسه با اولتراسونیک در شرایط کاری سخت و پیچیده تری قابلیت استفاده دارد.

تحمل دما و فشار

لول ترانسمیتر های اولتراسونیک دارای محدودیت دما هستند. به طور کلی دما در پروب نمیتواند از 80°C بیشتر شود و همچنین سرعت امواج صوتی نیز بشدت تحت تاثیر دماست. از آنجایی که موج های صوتی توسط ارتعاش ساطع می شوند، زمانی که فشار بالا باشد، اجزای تولید کننده صدا تحت تاثیر قرار می گیرد.

فشار در این ترانسمیتر ها معمولا باید در محدوده 3 bar باشد. این تجهیز زمانی که گرد و غبار یا مه زیادی در محیط اندازه گیری وجود داشته باشد، نمی تواند به درستی اندازه گیری کند. در صورتی که محدوده قابل اعمال در لول ترانسمیتر های رادار بسیار گسترده است و تا 315 °C و 4 MPa قابل سفارش است.

دقت

دقت در لول ترانسمیتر رادار بالاتر از لول ترانسمیتر اولتراسونیک است. رادار موج میلیمتری با دقت اندازه گیری 1mm دقت لول ترانسمیتر اولتراسونیک حدود  0.3% ~ 0.5% است.

هزینه

از نظر قیمت، لول ترانسمیتر اولتراسونیک قیمت پایین تری نسبت لول ترانسمیتر راداری دارد.

برای انتخاب بین لول ترانسمیتر اولتراسونیک و راداری باید به چه مواردی توجه شود؟

• اندازه و نوع موارد داخل مخزن

برای انتخاب درست، شناختن شکل مخزن، اندازه آن و مواد داخل مخزن اهمیت دارد. بررسی این ویژگی ها و سپس تعیین روش اندازه گیری و تعیین موقعیت نصب سنسور، اندازه گیری دقیق و قابل اطمینان تری به ما می دهد. 

لول ترانسمیتر های راداری به دلیل طول موج ارسالی و همچنین فرکانسی که دارند برای مخازن با ارتفاع زیاد مناسب هستند.

در صورتی که بخواهیم از سنسور اولتراسونیک برای مخازن بلند استفاده کنیم باید از سنسور های با فرکانس پایین استفاده کنیم. این نوع از سنسور ها به مخازنی با قطر و دهانه بزرگتری نیاز دارند.

• شرایط فرآیندی

وجود شرایط ثابت و معین و قابل پیش بینی یکی از ویژگی های مهم در یک فرآیند می باشد. اما با توجه به اینکه این شرایط همیشه فراهم نیست و تغییر دما، میعان، تجمع، گرد و غبار، نویز و همچنین سیگنال اکو از سیال در افت دقت اندازه گیری تاثیر دارد، زمانی که شرایط محیطی بسیار ناپایدار باشد باید از لول ترانسمیتر های راداری 80 GHz استفاده نماییم. 

سوالات متداول تفاوت بین لول ترانسمیتر التراسونیک و راداری

کدام نوع از سنسور برای مخازن باز مناسب تر است؟

با توجه به اینکه سنسور های راداری تحت تاثیر تغییرات دما و فشار و شرایط جوی مثل باران و مه و رطوبت قرار نمی گیرند در نتیجه مناسب ترند. اما لول ترانسمیتر های اولتراسونیک در این شرایط به شدت افت دقت دارند.

کدام لول ترانسمیتر برای مخازن بزرگ و عمیق مناسب است؟

لول ترانسمیتر های راداری به دلیل اینکه می توانند بدون از دست دادن دقت فاصله های طولانی را پوشش دهند در نتیجه بهترین انتخاب برای مخازن بزرگ و عمیق می باشند. اما در این نوع از ترانسمیتر ها نحوه  و زاویه قرار گرفتن آنتن از اهمیت زیادی برخردار است که لازم است بر حسب ارتفاع و قطر مخازن نوع زاویه  آنتن دقیق مشخص شود. اما لول ترانسمیتر هایی اولتراسونیک در مخازنی با ارتفاع زیاد دچار افت دقت می شوند.

هزینه نصب و نگهداری در این نوع از سنسور ها چگونه است؟

به دلیل نصب ساده در لول ترانسمیترهای اولتراسونیک هزینه نصب اولیه آن کمتر می باشد اما به دلیل تاثیرات محیطی بر روی این نوع از سنسور ها و کاهش دقت، نیاز به کالیبراسیون دوره ای و نگهداری بیشتری دارند که این موضوع در طولانی مدت باعث بالا رفتن هزینه ها می شود. ولی در لول ترانسمیتر های راداری با توجه به اینکه هزینه نصب اولیه بیشتری دارند اما نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند و در طولانی مدت مقرون به صرفه تر هستند.