Η στάθμη είναι μία από τις σημαντικές παραμέτρους-στόχους της παρακολούθησης βιομηχανικών διεργασιών. Στη συνεχή μέτρηση στάθμης διαφόρων δεξαμενών, σιλό, πισίνων κ.λπ., είναι δύσκολο να υπάρχουν όργανα στάθμης που να μπορούν να καλύψουν όλες τις συνθήκες εργασίας λόγω της μεγάλης ποικιλίας των συνθηκών πεδίου.
Μεταξύ αυτών, τα ραντάρ και τα υπερηχητικά όργανα μέτρησης χρησιμοποιούνται ευρέως σε όργανα μέτρησης χωρίς επαφή. Ποια είναι λοιπόν η διαφορά μεταξύ του μετρητή στάθμης ραντάρ και του υπερηχητικού μετρητή στάθμης; Ποια είναι η αρχή λειτουργίας αυτών των δύο ειδών μέτρησης; Ποια είναι τα πλεονεκτήματα του μετρητή στάθμης ραντάρ και του υπερηχητικού μετρητή στάθμης;
Πρώτον, υπερηχητικός μετρητής στάθμης
Γενικά ονομάζουμε το ηχητικό κύμα με συχνότητα μεγαλύτερη από 20kHz υπερηχητικό κύμα. Το υπερηχητικό κύμα είναι ένα είδος μηχανικού κύματος, δηλαδή, μηχανική δόνηση στο ελαστικό μέσο σε μια διαδικασία διάδοσης, που χαρακτηρίζεται από υψηλή συχνότητα, μικρό μήκος κύματος, μικρό φαινόμενο περίθλασης και καλή κατευθυντικότητα, μπορεί να γίνει μια ακτίνα και κατευθυντική διάδοση.
Η υπερηχητική εξασθένηση σε υγρά και στερεά είναι πολύ μικρή, επομένως η ικανότητα διείσδυσης είναι ισχυρή, ειδικά στα ελαφριά αδιαφανή στερεά, οι υπερηχητικοί μπορούν να διεισδύσουν σε μήκος δεκάδων μέτρων, να συναντήσουν ακαθαρσίες ή διεπαφές που θα έχουν σημαντική ανάκλαση, η μέτρηση στάθμης υπερήχων είναι η χρήση αυτού του χαρακτηριστικού της.
Στην τεχνολογία ανίχνευσης υπερήχων, ανεξάρτητα από το είδος του υπερηχητικού οργάνου, είναι απαραίτητο να μετατραπεί η ηλεκτρική ενέργεια σε υπερηχητική εκπομπή και στη συνέχεια να ληφθεί ξανά σε ηλεκτρικά σήματα. Η συσκευή για την ολοκλήρωση αυτής της λειτουργίας ονομάζεται υπερηχητικός μετατροπέας, γνωστός και ως ανιχνευτής.
Κατά τη λειτουργία, ο υπερηχητικός μετατροπέας τοποθετείται πάνω από το μετρούμενο αντικείμενο και εκπέμπει υπερηχητικό κύμα προς τα κάτω. Το υπερηχητικό κύμα διέρχεται από το ατμοσφαιρικό μέσο, ανακλάται πίσω όταν συναντά την επιφάνεια του μετρούμενου αντικειμένου και λαμβάνεται από τον μετατροπέα και μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα. Μετά την ανίχνευση αυτού του σήματος, το ηλεκτρονικό τμήμα ανίχνευσης το μετατρέπει σε σήμα στάθμης για απεικόνιση και έξοδο.
Δύο, μετρητής στάθμης ραντάρ
Η λειτουργία του μετρητή στάθμης ραντάρ είναι η ίδια με αυτή του υπερηχητικού μετρητή στάθμης και ο μετρητής στάθμης ραντάρ χρησιμοποιεί επίσης τη λειτουργία μετάδοσης - ανάκλασης - λήψης. Η διαφορά είναι ότι η μέτρηση του υπερηχητικού μετρητή στάθμης ραντάρ βασίζεται κυρίως στον υπερηχητικό μετατροπέα, ενώ ο μετρητής στάθμης ραντάρ βασίζεται στην κεφαλή υψηλής συχνότητας και την κεραία.
Τα υπερηχητικά μέτρα στάθμης χρησιμοποιούν μηχανικά κύματα, ενώ τα μέτρα στάθμης ραντάρ χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα εξαιρετικά υψηλών συχνοτήτων (από αρκετές G έως δεκάδες G Hertz). Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός και ο χρόνος διαδρομής μπορεί να μετατραπεί σε σήμα στάθμης από ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Ένα άλλο συνηθισμένο μετρητή στάθμης ραντάρ είναι ένα μετρητή στάθμης ραντάρ καθοδηγούμενου κύματος.
Το ραντάρ στάθμης με καθοδηγούμενο κυματικό κύμα είναι ένα ραντάρ στάθμης που βασίζεται στην αρχή της ανακλασιμετρίας χρονικού πεδίου (TDR). Ο ηλεκτρομαγνητικός παλμός του ραντάρ στάθμης διαδίδεται κατά μήκος του χαλύβδινου καλωδίου ή του αισθητήρα με την ταχύτητα του φωτός. Όταν συναντά την επιφάνεια του μετρούμενου μέσου, μέρος του παλμού του ραντάρ στάθμης ανακλάται για να σχηματίσει μια ηχώ και επιστρέφει στη συσκευή εκτόξευσης παλμών κατά μήκος της ίδιας διαδρομής. Η απόσταση μεταξύ του πομπού και της επιφάνειας του μετρούμενου μέσου είναι ανάλογη με τον χρόνο διάδοσης του παλμού κατά τον οποίο υπολογίζεται το ύψος της στάθμης του υγρού.
Τρίτον, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του ραντάρ και του υπερηχητικού μετρητή στάθμης
1. Η ακρίβεια των υπερήχων δεν είναι τόσο καλή όσο του ραντάρ.
2. Λόγω της σχέσης μεταξύ συχνότητας και μεγέθους κεραίας, ο μετρητής στάθμης ραντάρ με υψηλότερη συχνότητα είναι μικρότερος και ευκολότερος στην εγκατάσταση.
3. Επειδή η συχνότητα του ραντάρ είναι υψηλότερη, το μήκος κύματος είναι μικρότερο και υπάρχει καλύτερη ανάκλαση σε κεκλιμένες στερεές επιφάνειες.
4. Η τυφλή περιοχή μέτρησης ραντάρ είναι μικρότερη από την υπερηχητική.
5. Λόγω της υψηλότερης συχνότητας ραντάρ, η γωνία δέσμης ραντάρ είναι μικρή, η ενέργεια συγκεντρώνεται και η ικανότητα ηχούς ενισχύεται, ενώ παράλληλα συμβάλλει στην αποφυγή παρεμβολών.
6. Σε σύγκριση με τους υπερηχητικούς μετρητές στάθμης που χρησιμοποιούν μηχανικά κύματα, το ραντάρ ουσιαστικά δεν επηρεάζεται από το κενό, τους υδρατμούς στον αέρα, τη σκόνη (εκτός από γραφίτη, σιδηροκράματα και άλλη σκόνη υψηλής διηλεκτρικής ισχύος), τις αλλαγές θερμοκρασίας και πίεσης.
Ώρα δημοσίευσης: 18 Σεπτεμβρίου 2023