مقایسه 2 مدل سطح سنج رادار و سطح سنج خازنی

سطح سنج رادار

اندازه گیری سطح رادار

اندازه گیری مداوم سطح در مایعات و جامدات با حسگرهای رادار فضای آزاد

اندازه گیری سطح رادار با نصب از بالا به پایین یک سنسور Micropilot مناسب کاربرد کاملی را در همه صنایع ارائه می دهد. رادار غیر تماسی با راه اندازی ساده و عملکرد بدون مشکل باعث صرفه جویی در وقت و هزینه می شود. برای استفاده در طیف وسیعی از کاربردها – خواه در مخازن ذخیره سازی ساده، در رسانه های خورنده یا تهاجمی یا برنامه های اندازه گیری مخزن با دقت بالا طیف گسترده ای از دستگاه های Micropilot را برای برنامه های رادار بررسی کنید.

اندازه گیری سطح رادار با استفاده از سطح سنج رادار

اندازه گیری سطح رادار حتی در شرایط سخت فرآیند (فشار، دما) و بخارات یک راه حل مطمئن است. Micropilot همچنین می تواند در کاربردهای بهداشتی برای اندازه گیری سطح غیر تماسی استفاده شود. نسخه های Micropilot برای صنایع مختلف مانند آب/فاضلاب، صنایع غذایی، علوم زیستی یا صنعت فرآیند در دسترس هستند. نسخه های مختلف آنتن برای هر نوع برنامه راداری در دسترس است.

سطح سنج راداری با ارسال امواج به سطح سیال، فضای خالی مخزن را اندازه گیری می کنند و با کسر مقدار اندازه گیری شده از ارتفاع واقعی مخزن که به عنوان مقدار اولیه به ترانسمیتر داده شده است، ارتفاع مایع درون مخزن را محاسبه می کنند.

معرفی سیستم رادار (RADAR)

کلمه رادار سرنام عبارت Radio Detection And Ranging به معنای آشکارسازی رادیویی و مسافت یابی می باشد.

در این روش با استفاده از موج های کوتاه الکترومغناطیسی، موقعیت و حرکت جسمی که در فاصله قرار گرفته، مشخص می شود. تئوری تخمین موج های الکترومغناطیسی اولین بار در سال 1865 توسط ماکسول بیان شد و اولین تجهیزی که از این تکنولوژی استفاده کرد در سال 1922 در امریکا ساخته شد.

یک سیستم سطح سنج رادار کامل، شامل یک ترنسمیتر به همرا آنتن، دو مسیر ارسال سیگنال ، یک نقطه بازتاب کننده ، یک گیرنده و یک آنتن می باشد. یکی از ویژگی های امواج رادار این است که در هنگام برخورد با سطح جسم منعکس می شود.

در این روش سیگنال رادار از یک آنتن منتشر می شود، این سیگنال به سطح محصولی که قرار است سطح آن اندازه گیری شود برخورد کرده و بعد از یک بازه زمانی مشخص به گیرنده سیستم بر می گردد. در واقع سطح سنج رادار فضای خالی بالای سطح را اندازه گیری می کند و با کسر ارتفاع خالی بالای سطح از ارتفاع واقعی مخزن (ظرفی مه مایع در آن قرار دارد) و در واقع همان سطح را اندازه گیری می کند.

شکل زیر به نحوه ساده ایی اجزای تشکیل دهنده سیستم رادار را نشان می دهد:

انواع سیگنال هایی که در روش رادار استفاده می شود به شرح زیر می باشد:

• CW Radar (موج پیوسته)
• Interferometer Radar (رادار تداخلی)
• PULSE Radar (رادار پالس یا ضربه)
• FMCW Radar (رادار FMCW)
• Reflectometer Radar (رادار بازتاب سنج)
• Combined Methods (روش های ترکیبی)
• TDR Method (Time Domain Reflectometry)

مزایای استفاده از سطح سنج رادار

• اندازه گیری ارتفاع تا 70 متر
• قابلیت کار در فشار و دمای بالا ( دمای 400 درجه سانتیگراد و فشار 160 بار)
• عدم وجود قطعه متحرک مکانیکی و یا قطعه ایی که نیاز به تعمیرات و نگهداری داشته باشد.
• عدم تماس مستقیم با سیال بنابراین در محیط های با خورندگی بالا قابل استفاده است.
• دارای دقت بالا
• قابلیت تنظیم ارتفاع قابل اندازه گیری با تغییر سایز آنتن
• امکان اندازه گیری سطح در تانک های غیر فلزی
• اندازه گیری سطح مابین چند مایع

معایب استفاده از سطح سنج رادار

• گران قیمت هستند.
• نسبت به تشکیل رسوب در دهانه سنسور حساس هستند.

رادار اصلی اندازه گیری با زمان پرواز

سطح سنج رادار (اندازه گیری رادار: اصل اندازه گیری)

Micropilot با پالس‌های راداری با فرکانس بالا کار می‌کند که توسط یک آنتن ساطع می‌شوند و به دلیل تغییر مقدار dc (ثابت دی الکتریک نسبی) از سطح متوسط ​​منعکس می‌شوند. زمان پرواز پالس رادار منعکس شده مستقیماً با مسافت طی شده متناسب است. اگر هندسه مخزن مشخص باشد، سطح را می توان از این متغیر محاسبه کرد.

فواید

اندازه گیری بدون تماس و بدون نیاز به تعمیر و نگهداری

تحت تأثیر خواص متوسط ​​مانند چگالی و رسانایی، در جامدات حجیم نیز تحت تأثیر صدای پر شدن و غبار قرار نمی گیرند.

محدوده اندازه گیری آزادانه قابل تنظیم

برای دماهای بالا تا +450 درجه سانتیگراد / + 842 درجه فارنهایت

انواع سطح سنج های سطح راداری

• Air firing
• guided wave

اندازه گیری سطح راداری (Air firing)

این روش غیر تماسی است و چگالی و هدایت الکتریکی ماده موجود در مخزن، تأثیری روی کیفیت اندازه‌گیری ندارد. اما شاید برگ برنده این تجهیز در مقابل سایر رقیبانش این باشد که گرد و غبار و نویز، کوچکترین تأثیری روی عملکرد سطح سنج راداری ندارد. مخزنی را در نظر بگیرید که برای انبار کردن توده‌ انباشته‌ای از سیمان به کار می‌رود. در این وضعیت، فضای داخل مخزن همواره پر از گرد و غبار است. این گرد و غبار، قادر است عملکرد تجهیزی مانند سطح سنج آلتراسونیک را کاملاً مختل کند. ولی سطح سنج راداری بدون تأثیرپذیری از این موضوع، به کار خود ادامه می‌دهد. از دیگر مزایای این روش می‌توان به تحمل دما تا حدود  +450∘C نیز اشاره کرد.

نحوه عملکرد این دستگاه بدین صورت است که امواج راداری توسط یک دیش سهموی یا آنتن شیپوری همانند شکل بالا

پیوسته در قالب یک سیگنال فرکانس جاروبی به سطح سیال فرآیندی ارسال می شوند. پس از برخورد سیگنال به سطح

مایع بخشی از آن به همان آنتن منعکس شده، و سپس جمع آوری و به دریافت کننده فرستاده می‌شود. در دریافت کننده یک میکروپروسسور زمان بین ارسال پالس و دریافت اکوی برگشتی را با دانستن سرعت موج الکترومغناطیسی که مساوی نور است، محاسبه می‌کند.

آنتن های سطح سنج راداری

آنتنهای سهموی دارای سطح مقطع بزرگتری نسبت به آنتنهای شیپوری هستند و سیگنالهای متمرکزتری تولید میکنند. بنابراین امکان انعکاس سیگنال از موانع، در به کارگیری آنهاکمتر است.سهموی بسیار بزرگتر، سنگین تر و گرانتر از آنتنهای شیپوری می باشند و فقط در اندازه‌گیری‌هایی که دقت بالا مورد نیاز است استفاده می‌شوند. سیگنالهای ارسالی توسط آنتنهای شیپوری بیشتر پخش می‌شوند و درنتیجه احتمال بازتابش و پخش سیگنال توسط موانع بیشتر است. باید یادآور شد که در بیشتر کاربردها از آنتنهای شیپوری استفاده می شود.

نکات قابل توجه

در این روش ، سیگنالهای غلط برگشتی از موانع باید شناسایی و فیلتر شوند. از جمله این موارد می توان به سیگنالهای بازتابیده از همزنهای درون مخازن، نبشی‌های اتصال طبقات ، تغییرات ناهمگون در عرض و شکل مخزن، نردبان، رسوبات دیواره و همچنین عمود نبودن رادار بر سطح سیال، قرارگرفتن رادار در نزدیکی مداخل ورودی و درنتیجه تداخل امواج ناخواسته اشاره نمود. امواج رادار به دلیل اینکه می‌توانند از مواد دارای ضریب دی الکتریک پایین نظیر شیشه و پلاستیک عبور کنند، در خارج از مخازن و پشت یک پنجره نصب شوند.

سطح سنج راداری هدایت شده (Guided Radar)

اساس کار این تجهیز، برخلاف تجهیز قبلی، روش تماسی است. در اینجا از پراب‌هایی برای هدایت امواج رادیویی استفاده

می‌شود. شماتیک عملکرد سطح سنج راداری هدایت شده در شکل زیر نشان داده شده است. با مقایسه این شکل با شکل مربوط به سطح سنج راداری، درمی‌یابیم که امواج رادیویی دیگر به صورت مخروط منتشر نمی‌شوند و فقط در راستای پراب هدایت کننده، پایین می‌آیند. این تجهیز در فرآیندهایی کاربرد دارد که دی‌الکتریک ماده، نسبتاً پایین باشد.

از ویژگی‌های مهم این روش، می‌توان به این موضوع اشاره کرد که استفاده از این تجهیز حتی در هنگام پر شدن مخزن هم دچار اختلال نمی‌شود. در سطح سنج راداری هدایت شده، پس از اینکه موج رادیویی به سطح ماده برخورد می‌کند، بخشی از آن به تجهیز بازتابیده می‌شود. اما بخش دیگر، همچنان به راه خود ادامه می‌دهد. در نتیجه، اگر دو ماده با دو دی‌الکتریک مختلف در مخزن وجود داشته باشد، با این روش می‌توان ارتفاع سطح جدایش آنها را اندازه‌گیری کرد.

سطح سنج خازنی

اندازه گیری سطح ظرفیت

اندازه گیری مداوم سطح و تشخیص سطح نقطه در مایعات و جامدات با پروب های خازنی

اندازه گیری سطح خازنی با Liquicap یک راه حل ساده و مقرون به صرفه است که امکانات زیادی را برای نظارت بر سطح در مایعات ارائه می دهد. به خصوص در مخازن کوچک و رسانه های تشکیل دهنده. تشخیص سطح نقطه با سوئیچ‌های سطح خازنی Liquicap، Liquipoint، Minicap یا Solicap همچنین در کاربردهایی که شامل رسانه‌های تهاجمی و تجمع سنگین در مایعات و جامدات است، کار می‌کند.

سنسورهای سطح خازنی یک راه حل اثبات شده و مقرون به صرفه برای اندازه گیری سطح و تشخیص سطح نقطه در مایعات و جامدات حجیم هستند. فرستنده های مختلفی برای اندازه گیری سطح مداوم و سوئیچ هایی برای تشخیص سطح نقطه در دسترس هستند. اندازه گیری رابط نیز امکان پذیر است. اصل اندازه گیری در میلیون ها کاربرد ثابت شده است.

سطح سنج خازنی قادرند به صورت گسسته و پیوسته به مانیتور کردن سطح مخزن بپردازند. این موضوع بخصوص برای مواد پودری که یکی از گزینه ها برای انتخاب، سوئيچ سطح خازني میباشد اهمیت دارد. عملکرد سطح سنج طبق خاصیت خازنی ایجاد شده بين سطح مخزن و الکترود سنسور میباشد.

خاصیت دی الکتریک خازن وقتی بیشتر میشود که مقدار مواد بین سطح مخزن و الکترود بیشتر شود درنتیجه خروجی که با ارتفاع مخزن متناسب است را میتوان محاسبه کرد.
در نمونه هاي گسسته سوئيچ سطح یا خروجي سوئيچ ، يک سنسور مجاورتي خازني میباشد . یکی از مزیت های اين روش پايداري عملکرد در مدت زمان طولاني و اندازه گيري نبود جزء متحرک میباشد. همانطور که گفته شد سطح سنج هاي خازني در مواد پودري پرک يا گرانول و نیز براي تعیین نقاط مرزي دو مايعی که در مخزن چگالی متفاوتی دارند کاربرد دارند.

در هنگام استفاده از این تجهیز، بین پروب (probe) و دیواره مخزن، یک خازن الکتریکی تشکیل می‌شود. دقت کنید که جنس دیواره مخزن باید از ماده‌ای رسانا باشد. هنگامی که فضای بین پراب و دیواره خالی است (شکل 1) خازن تشکیل شده، کمترین ظرفیت ممکن را دارد. در این حالت، هوا نقش دی‌الکتریک را ایفا می‌کند.

هنگامی که مخزن پر می‌شود، مطابق شکل‌های 2 و ۳، ماده‌ای غیر از هوا بین دو تیغه خازن قرار می‌گیرد. دی‌الکتریک این ماده بیشتر از هواست. در نتیجه، ظرفیت خازن بالا می‌رود. اگر هدایت الکتریکی ماده بیشتر از 100μscm  باشد،

اندازه‌گیری سطح، مستقل از مقدار دی‌الکتریک (DKDK) ماده موجود در مخزن خواهد بود. در نتیجه،

نوسانات DKDK نمی‌تواند تأثیری روی نتیجه اندازه‌گیری داشته باشد

در شکل بالا، RR و CC  به ترتیب نشان دهنده هدایت الکتریکی و ظرفیت خازنی ماده هستند. ظرفیت خازنی اولیه و نهایی نیز با CACA و  CECE مشخص شده است. در این روش، طول پراب را می‌توان با توجه به شرایط فرآیند، کوتاه‌تر یا بلندتر انتخاب کرد. امکان استفاده از سطح سنج خازنی برای هر دو منظور اندازه‌گیری پیوسته سطح و همچنین سوئیچ سطح وجود دارد.

از ویژگی‌های جالب این تجهیز، می‌توان به قابلیت آن در اندازه گیری سطح جدایش (interface) دو مایع اشاره کرد. به عنوان مثال، مخلوط آب و بنزین که با یکدیگر ترکیب نمی‌شوند، را در نظر بگیرید.

سطح سنج خازنی برای گستره وسیعی از مایعات مانند آب، بنزین، آب میوه و اسید قابل استفاده است. حداکثر ارتفاعی که با این تجهیز می‌توان اندازه‌گیری کرد را می‌توان در حدود 10 متر تخمین زد. زیرا برخی محدودیت‌های فیزیکی، افزایش طول پراب را با مشکل مواجه می‌سازند.

کاربرد سطح سنج خازنی

در تانکهای مخروطی و یا تانکهای کروی حتی اگر تانک از فلز ساخته شده باشد، به دلیل اینکه فاصله بین دیواره تانک و الکترود در طول این خازن ثابت نمی ماند و در نتیجه خطی نخواهد شد، یک مرجع موازی با الکترود لازم است.

همچنین در سیالاتی که دارای ثابت دی الکتریک کم هستند، نیز باید از الکترود مرجع استفاده کرد، زیرا این مرجع به الکترود نزدیکتر است و تغییر ظرفیت بر واحد طول در مقایسه با حالتی که دیواره تانک، مرجع می باشد، بیشتر خواهد بود . معمولاً در مواردی که نیاز به الکترود دوم می باشد، از الکترودهای هم مرکز به شکل استوان های، در این سیستم ها استفاده میشوند.

یکی از محاسن Probe های استوانه ای هم مرکز این است که می توانند در یک تانک کوچکتر با همان سیال فرآیندی مورد نظر در خارج از محل نصب، کالیبره شوند ولی معمولاً سایر Probe ها، باید بعد از نصب نهایی در محل، کالیبره شوند.

• نکته 1:
  ثابت دی الکتریک برخی مواد با دما تغییر می کند. البته، عموماً مواد با دی الکتریک بالا کمتر تحت تاثیر دما قرار میگیرند. اگر دمای فرآیند تغییر کرد، توصیه میشود که سنسور دوباره کالیبره شود.

• نکته 2:
  برای کاربردهایی که سیال فرآیندی رسانا است سطح میله توسط یک عایق از سیال جدا می شود. در این روش، خود سیال نقش سطح دیگر خازن مورد نظر را ایفا میکند.

تخریب کننده ترین عامل در اندازه گیری با استفاده از روش خازنی تشکیل build up از نوع رسانا بر روی الکترود میباشد که باعث تغییر ابعاد و شکل هندسی پروب اندازه گیری می شود. تشکیل build up نارسانا معمولاًچندان مهم نیست و با کالیبراسیون مجدد قابل رفع خواهد بود.

مزایای سطح سنج خازنی

• قابلیت اطمینان بالا
• هزینه های نگهداری پایین
• تغییرات کم ثابت دی الکتریک تحت تاثیر عواملی چون دما، چگالی و ویسکوزیته
• مناسب برای سیالات دوغابی
• مناسب برای سیالات جامدات پودری وگرانولی
• قابلیت کالیبره در خارج از مخزن و قبل نصب
• قیمت پایین

اصل اندازه گیری ظرفیت خازنی

اندازه گیری ظرفیت: اصل اندازه گیری

اصل اندازه گیری سطح خازنی بر اساس تغییر ظرفیت خازن است. پروب و دیواره مخزن خازنی را تشکیل می دهند که ظرفیت آن به مقدار محصول موجود در مخزن بستگی دارد: مخزن خالی ظرفیت کمتری دارد و مخزن پر ظرفیت بیشتری دارد.

فواید

اصل اندازه گیری اثبات شده و آزمایش شده – قوی و ایمن

کاوشگر قابل سازگاری جهانی

عملکرد قابل اعتماد همچنین در شکل گیری قوی و رسانه های چسبناک

راه اندازی آسان

سطح سنجهاي خازني به صورت پيوسته و گسسته ميتوانند سطح مخزن شما را مانيتور کنند . استفاده از لول متر های خازنی مواد پودري يکي گزينه هاي شما انتخاب لول سوئيچهاي خازني است . عملکرد اين لول مترها همانگونه که از اسم آنها بر ميآيد بر اساس خاصيت خازني که معمولا بين سطح مخزن و الکترود سنسور برقرارميشود ميباشد .

هر چقدر مقدار مواد بين الکترود و سطح مخزن بيشتر باشد خاصيت دي الکتريک خازن بيشتر شده و بر اساس آن ميتوان خروجي متناسب با ارتفاع مخزن به دست آورد . در نمونه هاي خروجي سوئيچ يا گسسته لول سوئيچ در حقيقت يک پراگسيمتي يا سنسور مجاورتي خازني است .

از مزاياي اين روش اندازه گيري نبود قطعه متحرک و همچنين پايداري عملکرد در مدت زمان طولاني است . همان گونه که اشاره شد از سطح سنجهاي خازني براي مواد پودري و گرانول يا پرک همچنين براي مشخص کردن نقاط مرزي دو مايع با چگالي مختلف در مخزن استفاد مي شود.

کاربردهای سنسور خازنی و سطح سنج خازنی سری C3:

سنسور  سطح خازنی برای اندازه گیری سطح مواد درون مخازن بکار برده میشود و متناسب با سطح مواد جریان خروجی از 4 میلی آمپر تا 20 میلی آمپر تغییر میکند .
سطح سنج خازنی سری C3 مناسب موادی است که دارای هدایت الکتریکی میباشند.

ویژگی سطح سنج خازنی سری C3

این سطح سنج دارای طول عمر زیاد میباشد و خدمات نگهداری بسیار کمی احتیاج دارد.

نوع عملکرد سنسور سطح خازنی سری C3

سنسور بر اساس تغییرات ظرفیت خازنی که بین پروب و بدنه سنسور وجود دارد عمل میکند و با پر شدن  مواد بین پروب و بدنه ظرفیت خازن تغییر کرده و در خروجی نشان داده میشود. در صورتی که بدنه مخزن غیر فلزی باشد با نصب لوله مخصوص که همراه سنسور قابل ارائه میباشد . یک الکترود کمکی ایجاد شده و سنسور با همان شرایط سطح مواد را اندازه گیری میکند .

لول سنج راداری چیست

سطح سنج راداری که با نام‌های دیگری مانند لول سنج راداری، ارتفاع سنج راداری و نیز ترانسمیتر سطح راداری شناخته می‌شود، نوعی سنسور سطح هستند که برای نظارت پیوسته بر سطح مواد موجود در مخازن و یا چاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. 

مانند هر ابزار دقیق دیگری، لول ترانسمیترهای راداری بسته به شرایط، محیط و ماده مورد هدف به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. حسگرهای سطح راداری همانطور که از نامشان پیداست، برپایه تکنولوژی امواج الکترومغناطیسی کار می‌کنند؛ بنابراین می‌توانند بدون تماس با ماده درون مخزن و یا چاه، ارتفاع آن را اندازه‌گیری کنند. 

در این مطلب از وبلاگ آداک فرآیند سپهر به رادار لول ترانسمیترها پرداخته و به شما کمک خواهیم کرد تا انواع آن‌ها و بهترین برندها در این زمینه را بشناسید تا بتوانید به راحتی تجهیز موردنظر خود را تهیه کنید. با ما همراه باشید!