وقتی صحبت از اندازه‌گیری سطح در مخازن و سایلوی مواد به میان می‌آید، استفاده از روش‌های غیرتماسی و پیوسته اهمیت بسیاری دارد. دو فناوری برجسته که در این حوزه به کار می‌روند، فناوری‌های راداری و الترسونیک هستند. این دو روش، هرکدام با ویژگی‌های خاص خود، در صنایعی که نیاز به دقت و پایداری در اندازه‌گیری دارند، جایگاه ویژه‌ای دارند. در این مقاله، به مقایسه دقیق این دو فناوری خواهیم پرداخت.با ما همراه باشید.
روش اندازه‌گیری سطح به وسیله سنسورهای التراسونیک
سنسورهای التراسونیک برای اندازه‌گیری سطح مواد از امواج مکانیکی استفاده می‌کنند. این امواج به‌منظور انتقال و عبور از محیط به یک محیط فیزیکی نیاز دارند. در اکثر موارد، محیط فیزیکی می‌تواند هوا یا فضای درون مخزن باشد. سرعت انتشار امواج التراسونیک به نوع محیطی که از آن عبور می‌کنند، بستگی دارد.
سطح سنج التراسونیک چیست؟
سرعت حرکت امواج صوتی در سنسورهای التراسونیک تحت تأثیر عواملی مانند دما، فشار، چگالی، ترکیب گاز و میزان نویز محیط قرار دارد. اگر این خصوصیات در طول فرآیند تغییر کنند، می‌تواند منجر به خطاهای اندازه‌گیری شود.
در مقایسه با فرکانس و طول موج سنسورهای راداری، فرکانس امواج التراسونیک بیشتر وابسته به فاصله اندازه‌گیری است؛ به این معنی که برای اندازه‌گیری مسافت‌های طولانی‌تر از فرکانس‌های بالا و برای فواصل کوتاه‌تر از فرکانس‌های پایین‌تر استفاده می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که سنسورهای التراسونیک برای مخازن با ارتفاع بالا مناسب نباشند.
در برخی از سنسورهای التراسونیک، امکان متمرکز کردن سیگنال‌ها به زاویه‌ای محدود (حدود 4 یا 5 درجه) وجود دارد، اما به دلیل ماهیت امواج صوتی، احتمال بازتاب‌های ناخواسته از داخل مخزن وجود دارد. این موضوع می‌تواند دقت اندازه‌گیری را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد.
انتخاب صحیح روش اندازه‌گیری بر اساس اندازه و نوع مواد مخزن
برای انتخاب مناسب‌ترین سنسور جهت اندازه‌گیری سطح، باید ابعاد، شکل و ترکیب مواد داخل مخزن به‌دقت بررسی شوند. این بررسی‌ها کمک می‌کند تا بهترین روش اندازه‌گیری انتخاب شود. پس از تعیین محل نصب، می‌توان دقت اندازه‌گیری را افزایش داد.
سطح‌سنج‌های راداری عمدتاً برای مخازن بلندتر و با ارتفاع زیاد استفاده می‌شوند. در مقابل، سنسورهای التراسونیک بیشتر برای فاصله‌های کوتاه‌تر مناسب هستند. با پیشرفت فناوری، استفاده از سنسورهای راداری در انواع مخازن (چه کوچک و چه بزرگ) به دلیل عملکرد دقیق‌تر، به‌طور فزاینده‌ای رایج شده است.
برای مخازن با ارتفاع متوسط نیز، فناوری راداری عملکرد بهتری نسبت به سنسورهای التراسونیک دارد. در مواردی که از سنسورهای التراسونیک در این نوع مخازن استفاده می‌شود، باید آمادگی لازم برای مواجهه با مشکلات و اختلالات احتمالی را داشت.
سنسورهای التراسونیک با فرکانس پایین، که برای مخازن بلندتر طراحی شده‌اند، معمولاً نیاز به مخازنی با قطر و دهانه بزرگ دارند. همچنین، تمامی سنسورهای التراسونیک دارای یک "ناحیه مرده" یا "منطقه نزدیک" هستند، که به‌طور معمول در نزدیکی سنسور قرار دارد و هیچ اندازه‌گیری در آن ناحیه صورت نمی‌گیرد. این ناحیه مرده در سنسورهای التراسونیک می‌تواند تا حدود 1 متر باشد. در مقایسه، سنسورهای راداری می‌توانند اندازه‌گیری‌هایی دقیق حتی در نزدیکی آنتن رادار انجام دهند.
تأثیرات فرآیندها و شرایط محیطی بر انتخاب سطح‌سنج
هر فرآیند صنعتی چالش‌های خاص خود را برای اندازه‌گیری دقیق سطح دارد. شرایط ثابت و قابل پیش‌بینی در فرآیندها، یک ویژگی ارزشمند است، اما تغییراتی مانند دما، تشکیل کف، بازتابش از محصول، گرد و غبار، میعان (تراکم) و نویز می‌توانند دقت اندازه‌گیری را تحت تأثیر قرار دهند. انتخاب بهترین فناوری برای سنجش سطح بستگی به شرایط محیطی و فرآیندی دارد.
تأثیر شرایط محیطی بر روش‌های اندازه‌گیری
- درجه حرارت:
سنسورهای راداری در برابر تغییرات دما مقاوم هستند و دقت آنها تحت تأثیر دما قرار نمی‌گیرد. در مقابل، دقت سنسورهای التراسونیک می‌تواند به‌شدت تحت تأثیر تغییرات دما قرار گیرد. اگر دمای محیط با دمای سطح سیال تفاوت زیادی داشته باشد، اندازه‌گیری سطح با سنسور التراسونیک متوقف می‌شود. - ترکیب گاز:
ترکیب گاز در محیط می‌تواند بر روی امواج صوتی سنسورهای التراسونیک تأثیر بگذارد. برخی مواد از خود گازهایی منتشر می‌کنند که می‌تواند بر دقت اندازه‌گیری اثر بگذارد. بخارات ناشی از اسیدها یا حلال‌ها می‌توانند موجب خطاهای قابل‌توجهی در اندازه‌گیری سنسورهای التراسونیک شوند. در حالی که امواج راداری به‌طور مستقل از ترکیب گاز حرکت می‌کنند و از این نظر از دقت بالاتری برخوردارند. - تشکیل کف و حباب:
در مخازنی که کف یا فوم تشکیل می‌شود، امواج التراسونیک جذب می‌شوند و دقت اندازه‌گیری کاهش می‌یابد. اما سنسورهای راداری قادرند به‌راحتی از طریق فوم یا کف با دقت بالا اندازه‌گیری کنند، حتی اگر کف یا فوم روی سطح مواد قرار داشته باشد. - بازتابش یا انعکاس امواج:
امواج راداری نسبت به امواج صوتی، در برخورد با سطوح مختلف، کمتر جذب می‌شوند. بنابراین سنسورهای راداری می‌توانند در شرایطی که مواد بازتاب بالایی دارند (مانند برخی مایعات) نیز عملکرد بهتری داشته باشند. - گرد و غبار، چگالش و تجمع:
گرد و غبار و سایر موارد مانند چگالش یا تجمع مواد در محیط‌های صنعتی می‌توانند بر دقت اندازه‌گیری سنسورهای التراسونیک تأثیر بگذارند. اما سنسورهای راداری تحت تأثیر این عوامل قرار نمی‌گیرند. امواج راداری قادرند در حضور گرد و غبار، چگالش یا تجمع مواد، اندازه‌گیری دقیقی انجام دهند. - نویز:
در محیط‌هایی که دارای نویز شدید هستند، سنسورهای التراسونیک ممکن است دچار اختلال شوند و خطاهایی در اندازه‌گیری ایجاد کنند. از آنجا که سنسورهای راداری از امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند، نویز تأثیری بر دقت آنها ندارد. - تأثیر میکسر یا همزن:
در مخازنی که دارای میکسر یا همزن هستند، سنسورهای التراسونیک قادر به انجام اندازه‌گیری دقیق نخواهند بود. در این موارد، استفاده از سنسور راداری 80 گیگاهرتزی بهترین گزینه است.
مزایای استفاده از لول ترانسمیتر راداری در مقایسه با لول ترانسمیتر التراسونیک
در یک نگاه کلی، تفاوت‌های زیادی بین این دو فناوری وجود دارد. سنسورهای التراسونیک معمولاً در فرآیندهایی که تغییرات شرایط محیطی ناچیز است، عملکرد بهتری دارند. این سنسورها از امواج صوتی برای اندازه‌گیری سطح استفاده می‌کنند و برای شرایطی که فرآیندها به نسبت پایدار هستند، گزینه مناسبی به شمار می‌روند.
اما سنسورهای راداری به دلیل استفاده از امواج الکترومغناطیسی (میکروویو)، مقاومت بسیار بالایی در برابر شرایط سخت محیطی دارند. این نوع سنسورها می‌توانند به راحتی در محیط‌هایی با تغییرات دمایی، فشاری و حتی بخارات و کف شدید، به دقت عمل کنند. به همین دلیل، استفاده از سنسورهای راداری به‌ویژه در شرایط صنعتی سخت، بسیار کارآمدتر است.
فناوری رادار و التراسونیک برای اندازه‌گیری سطح چگونه کار می‌کنند؟
هر دو نوع سنسور راداری و التراسونیک بر مبنای «زمان پرواز» (TOF) عمل می‌کنند. در این تکنیک‌ها، سیگنال‌های ارسال‌شده از سنسور توسط سطح مایع یا جامد منعطف می‌شوند و دوباره به سنسور بازمی‌گردند. مدت زمانی که این سیگنال‌ها برای برگشت به سنسور صرف می‌کنند، مبنای اندازه‌گیری سطح است.
اما تفاوت اصلی در نوع امواجی است که هر فناوری استفاده می‌کند. الترسونیک از امواج صوتی با فرکانس بالا استفاده می‌کند که برای مسافت‌های کوتاه مناسب است. این در حالی است که رادار از امواج الکترومغناطیسی با طول موج‌های کوتاه‌تر و قدرت نفوذ بالا بهره می‌برد که به آن اجازه می‌دهد حتی در محیط‌های چالش‌برانگیز مانند بخارات، کف یا دماهای شدید، دقت خود را حفظ کند.
سخن پایانی
در نهایت، انتخاب میان سنسور راداری و سنسور التراسونیک به شرایط خاص هر فرآیند بستگی دارد. اگر شما در حال کار در محیطی با شرایط محیطی دشوار، بخارات و کف هستید، سنسورهای راداری گزینه بهتری خواهند بود. اما اگر محیط مورد نظر ثابت و کم‌تغییر است، استفاده از سنسورهای التراسونیک نیز می‌تواند انتخاب مناسبی باشد.
با توجه به مزایا و ویژگی‌های هر کدام از این تکنولوژی‌ها، درک کامل نیازهای محیطی و فرآیندی شما می‌تواند کمک بزرگی در انتخاب سنسور مناسب باشد. در نهایت، با در نظر گرفتن ویژگی‌های خاص هر فناوری، می‌توانید بهترین انتخاب را برای اندازه‌گیری سطح مواد خود داشته باشید.
سوالات متداول
- آیا سنسورهای راداری در برابر شرایط محیطی شدید مقاوم هستند؟
بله، سنسورهای راداری به دلیل استفاده از امواج الکترومغناطیسی، به راحتی می‌توانند در شرایط سخت مانند بخارات، دماهای بالا و فشارهای متغیر عمل کنند. - کدام فناوری برای اندازه‌گیری سطح مایعات بهتر است؟
بسته به شرایط، هر دو فناوری می‌توانند مفید باشند، اما سنسورهای راداری برای محیط‌های پیچیده‌تر مناسب‌تر هستند.