سطح سنج راداری موج هدایت شده و سطح سنج راداری غیرتماسی

معرفی سطح­ سنج­ های راداری موج هدایت شده (Guided Wave Radar) و سطح­ سنج­  های راداری غیرتماسی (Non-Contact Radar) و بررسی ویژگی­ های آن دو.

فهرست مطالب

معرفی سطح  ­سنج  ­های راداری

سطح­ سنج­ های راداری با توجه به دقت بالای آنها و حساسیت بسیار پایین بعضی از مدل­ های آن، نسبت به شرایط محیطی و بی  ­تأثیری خواص ماده در اندازه­ گیری، مورد توجه ویژه ای قرار گرفته ­اند. دو نوع از پرکاربردترین سطح­ سنج­ های راداری در صنعت، سطح­ سنج های راداری غیرتماسی و سطح­ سنج­ های راداری موج هدایت­  شده می­ باشند. در ادامه متن به معرفی این دو نوع سطح ­سنج و تفاوت­  های آن پرداخته می­ شود.

سطح­  سنج راداری موج هدایت شده

سطح­  سنج­ های راداری موج هدایت ­شده که جرو سطح­ سنج  ­های تماسی هستند. این نوع سطح­ سنج ­ها از یک پراب برای اندازه­ گیری سطح استفاده می­ کنند. در این نوع سطح­ سنج، یک پالس الکترومغناطیسی فرکانس بالا توسط پراب از ترانسمیتر به محیط منتقل می­ شود. اندازه­ گیری سطح در این نوع از سطح­ سنج­ ها بر اساس اصل Time-Domain-Reflectometry (TDR) انجام می­ گیرد. طبق این اصل، موج الکترومغناطیسی عبوری از خط انتقال (در اینجا پراب) در صورتی که در بخشی از مسیر مشخصات خط انتقال تغییر کند؛ باعث می­شود قسمتی از موج الکترومغناطیسی به ترانسمیتر بازگردد. در نهایت با محاسبه زمان رسیدن موج بازگشتی و داشتن سرعت انتشار موج در پراب، سطح مواد موجود در مخزن اندازه­  گیری می­ شود. در شکل زیر تصویر این نوع سطح­  سنج آورده شده است.

سطح سنج راداری

یک تصور غلط رایج در مورد سطح سنج  های راداری موج­ هدایت شده

یکی از رایج­ترین تصورات غلط در مورد سطح­ سنج­ های راداری موج هدایت شده این است که با چسبیدن مواد موجود در مخزن (یا تانک) به بدنه ­ی پراب منجر به خطای اندازه­ گیری می­شود. امّا حقیقت این است تکنولوژی اندازه­ گیری سطح راداری بسیار پیشرفته ­تر از آن است که چسبیدن مواد به بدنه­ ی پراب منجر به خطای اندازه­ گیری شود.

از آنجایی که انرژی پالس برگشتی از سمت سطح مایع بسیار بزرگتر از انرژی برگشتی از سمت موادی که به پراب چسبیده است؛ در نتیجه با آنالیز انرژی پالس برگشتی سطح مایع به سادگی قابل شناسایی می­ باشد. در واقع الگوریتم ­های پیشرفته ایجاد شده در دهه­  ی اخیر، منجر شده است که این روش اندازه گیری سطح تماسی، ایده­آل ترین روش اندازه­  گیری حتّی برای چسبناک ­ترین سیالات به حساب آید.

مزایای سطح­  سنج­  های راداری موج هدایت شده

سطح­ سنج­ های راداری موج هدایت شده، توانایی اندازه ­گیری دقیق در هر دو نوع محیط جامد و مایع را دارند. از خصوصیات این نوع سطح ­سنج­ ها عدم وابستگی دقت عملکرد آنها به تغییر ویژگی­ های مواد، مانند چسبناکی(Viscosity)، چگالی(Density) و میزان اسیدی بودن آنها می ­باشد. علاوه بر این، وجود سطوح آشفته مانند کف، غبار، فوم و غلیان مایع در مخزن تأثیری در عملکرد این نوع سطح  ­سنج نمی­  گذارد.

از ویژگی­ های خاص سطح­ سنج­ های راداری موج هدایت شده، کارایی و تاب­آوری این سنسورها در شرایط سخت و دشوار مانند دماهای بالا (تا 600 درجه فارنهایت) و فشار بالا (تا 580 پوند بر اینچ مربع) می­ باشد.

از دیگر ویژگی­ های این نوع سطح ­سنج عملکرد خوب آن در شرایط کاربردهای سخت مانند مواد پودری ریز و سیالات چسبناک می باشد. کاربردهایی مانند اندازه  ­گیری سطح مخازن حاوی رنگ، مواد لاتکس، چربی حیوانات، روغن سویا، خاک اره، دوده، تیتانیوم تتراکلراید، نمک و حبوبات تعدادی از متداول­ترین کاربردهای این دسته از سنسورها در عمل می ­باشد.

 

سطح­  سنج راداری غیرتماسی

سطح­ سنج  ­های راداری غیرتماسی یا همان سطح  ­سنج­ های پالس راداری یکی از متداول­ ترین سطح ­سنج  ­های استفاده شده در صنعت هستند. این سطح­ سنج ­ها با ارسال پالس­های باریک مایکرویو از انتهای مخروطی شکل خود اندازه­ گیری سطح را انجام می­ دهند.

در این نوع سطح­ سنج­  ها سیگنال مایکروویو ارسالی پس از برخورد با سطح ماده موجود در مخزن، بازتاب شده و به سمت سطح  ­سنج باز می­ گردد. در نهایت سطح  ­سنج با پردازش موج بازگشتی، سطح مخزن را اندازه­گیری می­ کند

 

 

یک تصور غلط رایج در مورد سطح ­سنج­  های راداری موج­ هدایت شده

یکی از رایج ­ترین تصورات غلط در مورد سطح  ­سنج ­های راداری موج هدایت شده این است که با چسبیدن مواد موجود در مخزن (یا تانک) به بدنه ­ی پراب منجر به خطای اندازه­ گیری می ­شود. امّا حقیقت این است تکنولوژی اندازه­ گیری سطح راداری بسیار پیشرفته ­تر از آن است که چسبیدن مواد به بدنه  ­ی پراب منجر به خطای اندازه­ گیری شود.

از آنجایی که انرژی پالس برگشتی از سمت سطح مایع بسیار بزرگتر از انرژی برگشتی از سمت موادی که به پراب چسبیده است؛ در نتیجه با آنالیز انرژی پالس برگشتی سطح مایع به سادگی قابل شناسایی می ­باشد. در واقع الگوریتم ­های پیشرفته ایجاد شده در دهه ­ی اخیر، منجر شده است که این روش اندازه گیری سطح تماسی، ایده­ آل ترین روش اندازه ­گیری حتّی برای چسبناک ­ترین سیالات به حساب آید

مزایای سطح­ سنج­ های راداری موج هدایت شده

سطح ­سنج­ های راداری موج هدایت شده، توانایی اندازه ­گیری دقیق در هر دو نوع محیط جامد و مایع را دارند. از خصوصیات این نوع سطح ­سنج ­ها عدم وابستگی دقت عملکرد آنها به تغییر ویژگی­ های مواد، مانند چسبناکی(Viscosity)، چگالی(Density) و میزان اسیدی بودن آنها می­ باشد.

علاوه بر این، وجود سطوح آشفته مانند کف، غبار، فوم و غلیان مایع در مخزن تأثیری در عملکرد این نوع سطح ­سنج نمی ­گذارد.

از ویژگی ­های خاص سطح ­سنج ­های راداری موج هدایت شده، کارایی و تاب­ آوری این سنسورها در شرایط سخت و دشوار مانند دماهای بالا (تا 600 درجه فارنهایت) و فشار بالا (تا 580 پوند بر اینچ مربع) می ­باشد.

از دیگر ویژگی­ های این نوع سطح­ سنج عملکرد خوب آن در شرایط کاربردهای سخت مانند مواد پودری ریز و سیالات چسبناک می  باشد. کاربردهایی مانند اندازه­ گیری سطح مخازن حاوی رنگ، مواد لاتکس، چربی حیوانات، روغن سویا، خاک اره، دوده، تیتانیوم تتراکلراید، نمک و حبوبات تعدادی از متداول­ترین کاربردهای این دسته از سنسورها در عمل می ­باشد.

سطح­ سنج راداری غیرتماسی

سطح ­سنج ­های راداری غیرتماسی یا همان سطح  ­سنج­ های پالس راداری یکی از متداول ترین سطح ­سنج­  های استفاده شده در صنعت هستند. این سطح ­سنج  ­ها با ارسال پالس  ­های باریک مایکرویو از انتهای مخروطی شکل خود اندازه  ­گیری سطح را انجام می­ دهند.

در این نوع سطح ­سنج ­ها سیگنال مایکروویو ارسالی پس از برخورد با سطح ماده موجود در مخزن، بازتاب شده و به سمت سطح­ سنج باز می ­گردد. در نهایت سطح­ سنج با پردازش موج بازگشتی، سطح مخزن را اندازه­ گیری می ­کند

سطح سنج راداری

مزایای سطح­ سنج ­های راداری غیرتماسی

سطح­ سنج­ های پالس راداری همانند سطح­ سنج­  های راداری موج هدایت شده، توانایی اندازه­ گیری دقیق سطح مخازن مایعات و جامدات را دارند. از خصوصیات بسیار خوب این نوع اندازه­ گیری نسبت به اندازه­ گیری سطح با استفاده از سطح­ سنج ­های موج هدایت شده، غیرتماسی بودن آنهاست. این موضوع باعث شده است که این نوع سطح­ سنج ­ها برای کاربردهای مانند مواد غذایی، مواد نوشیدنی، پزشکی، شیمیایی، پتروشیمی، نفت و گاز مورد توجه ویژه­ای قرار بگیرد.

نمونه بارز کابردهای این نوع سطح ­سنج ­ها استفاده برای اندازه­ گیری سطح مایعات خورنده و غیرخورنده، استفاده برای محیط  ­های بهداشتی، استفاده در محیط ­های اسیدی می ­باشد. همچنین استفاده از این نوع سطح­ سنج در تانکر­های کوچک و سیلوها از دیگر کاربردهای این نوع سطح­ سنج می ­باشد.

 

تفاوت سطح ­سنج راداری غیرتماسی و سطح ­سنج راداری موج هدایت شده

 

در این مقاله، دو نوع سطح ­سنج راداری غیرتماسی و سطح ­سنج موج هدایت شده مورد بررسی قرار گرفت. همچنین نحوه عملکرد این دو نوع سطح ­سنج و ویژگی ­های هر کدام از آنها توضیح داده شده است. در نهایت در جدول زیر به طور مختصر این دو نوع سطح ­سنج مورد مقایسه قرار گرفته است.

سطح­  سنج­ های راداری غیرتماسی

سطح ­سنج­ های راداری موج هدایت شده

نوع تماسی

اندازه­ گیری غیرتماسی

اندازه­ گیری تماسی

شرایط کاری و محیطی

شرایط هوای موجود در فضای بین سطح ماده و سطح ­سنج در دقت عملکرد تجهیز تعیین­ کننده است.

(برای کاربردهای خیلی سخت مناسب نمی ­باشد)

دما و فشار بالا تأثیری در عملکرد تجهیز ندارد

شرایط نصب

نصب در بالای مخزن

نصب در بالای مخزن

(برای مخازنی که شامل میکسر یا سایر موانع هستند مناسب نیست)

هزینه

مقرون به صرفه

متوسط

کارایی و عملکرد کلی

قابل قبول

عملکرد وابسته به قدرت بازتاب و شرایط سطح

استثنایی

عملکرد بیسار خوب مستقل از شرایط پروسس