انواع سطح سنج راداری؛ کاربردها، مزایا و معایب (آپدیت 2022)
سطح سنج راداری که با نام‌های دیگری مانند لول سنج راداری، ارتفاع سطح 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!
سطح سنج راداری در چه مواقعی به کار برده می‌شوند؟
انواع متفاوتی از ارتفاع سنج‌های راداری وجود دارند که برای محیط‌ها، شرایط و مخازن گوناگون طراحی شده اند. به همین دلیل، از این تجهیزات به طور گسترده در صنایع مختلف و برای مواد متنوعی مانند اسيدها و بازها، حلال‌های آلی، الكل، نفت و فرآورده‌های نفتی(گازوئیل)، گازهای مايع، گرانول‌های پليمری، آهک، سيمان، دانه‌ها، غلات، شكر، موادمعدنی، پودرهای فلزی،صنایع دارویی و شیمایی، كربن و زغال سنگ استفاده می‌شود.
اساس کار لول سنج راداری
قبل از صحبت در مورد انواع سطح سنج‌های راداری، ابتدا باید به طور خلاصه نحوه عملکرد آن‌ها را بدانیم. اساس کار لول ترانسمیترهای راداری، بر مبنای اندازه‌گیری زمان ارسال امواج مایکروویو تا بازخورد این امواج از سطح مواد میباشد.
در وهله اول، پالس امواج از سنسور به داخل مخزن منعکس می‌شوند. این امواج با برخورد با سطح مواد، بازتاب پیدا کرده و دوباره توسط تجهیز دریافت می‌شوند. سپس با کسر فاصله زمانی قسمت خالی مخزن مقدار دقیق مواد داخل مخزن بدست می آید و آن را بصورت سیگنال‌های ابزار دقیق از قبیل 4 الی 20 میلی آمپر به کنترلر ارسال می‌کنند.
انواع سطح سنج‌های راداری
لول ترانسمیترهای راداری به دودسته تقسیم می‌شوند: معمولی با گسترش آزاد امواج (Air Firing) و موج هدایت شونده (Guided Wave). در ادامه در مورد هرکدام از این انواع و نیز تفاوت‌های این دو نوع از ترانسمیترهای سطح راداری صحبت خواهیم نمود.
لول ترانسمیترهای راداری گسترش موج آزاد
در این نوع از سطح سنج‌های راداری، امواج سنسور به طور آزاد درون مخزن یا چاه منتشر می‌شوند و پس از برخورد با سطح ماده موجود، منعکس می‌شود. این نوع از لول ترانسمیترهای راداری به شدت در صنعت استفاده شده و برای مخازن استاندارد، یکی از بهترین گزینه‌های موجود برای پایش سطح هستند.
انواع مختلفی از این ترانسمیترهای سطح وجود دارند که با توجه به نیاز کاربر می‌توانند انتخاب شوند. مثلا اگر قطر مخزن کمی کوچکتر باشد، میتوان برای متمرکز کردن امواج از فرستنده هورن (Horn) استفاده نمود. یا مثلا در مدل‌های مختلف، فرکانس امواج منتشر شده نیز می‌توانند متفاوت باشند. هرچه فرکانس بیشتر باشد، اندازه‌گیری دقیق تر بوده و گازها و بخارات مزاحم تأثیر مخرب کمتری خواهند داشت.
لول ترانسمیترهای راداری موج هدایت شونده
در لول ترانسمیترهای راداری نوع موج هدایت شونده، پالس امواج به جای اینکه به طور آزاد منتشر شوند، از طریق یک پروب به درون مخزن و یا چاه هدایت می‌شوند. سپس این امواج از سطح مواد موجود منعکس شده و سنسور با دریافت و تفسیر این امواج، ارتفاع مواد موجود را تشخیص می‌دهد. در این روش، ارتفاع مخزن و یا عمق چاه اهمیت بسیار زیادی دارد؛ چراکه طول پروب بایستی نسبت به آن انتخاب شود.
بایستی در نظر گرفت که علیرغم استفاده از تکنولوژی رادار، این دسته از لول سنج‌های راداری با مواد درون مخزن به طور مستقیم در تماس هستند. بنابراین قبل از هر اقدامی در زمینه تهیه تجهیز، بایستی نوع مواد، دما و فشار مخزن را نیز در نظر گرفت؛ زیرا تجهیز در تماس مستقیم با این ماده خواهد بود.
تفاوت ترانسمیترهای سطح Air Firing و Guided Wave
هرکدام از انواع لول ترانسمیترهای راداری، برای کاربردهای خاصی استفاده می‌شوند. هنگامی که میخواهید لول ترانسمیتر مناسب برای نیاز خود را انتخاب کنید، بایستی چند مورد را در نظر بگیرید. قطر مخزن، نوع ماده درون مخزن و نیز بهداشتی بودن یا نبودن روش اندازه‌گیری از جمله این موارد هستند. به خواندن ادامه دهید تا یک بار برای همیشه، تفاوت‌های این دو نوع از لول ترانسمیترهای راداری را فرا بگیرید!
حداقل قطر مخزن قابل استفاده
همانطور که میدانید، امواج الکترومغناطیسی هرچه از محل سنسور یا همان محل تابش دورتر می‌شوند، سطح مقطع آن‌ها افزایش می یابد.
اگر مخزن مدنظر ما دارای قطر کمی باشد، در نقطه ای خاص این امواج با دیواره مخزن برخورد کرده و انعکاس داده می‌شوند. سنسور سطح این انعکاس را دریافت کرده و به اشتباه، به عنوان سطح مواد درون مخزن به ما گزارش می‌دهد. یعنی ما نه تنها نمی‌توانیم پایین تر از ان نقطه خاص بر سطح نظارت داشته باشیم، بلکه حتی نمی‌توانیم صحت داده‌های گزارش شده توسط سنسور را نیز تایید کنیم! در چنین شرایطی، استفاده از لول ترانسمیتر راداری موج هدایت شونده بهترین گزینه ممکن است.
توانایی تشخیص مایعات چندفازی
گاهی ممکن است درون یک مخزن مایعی باشد که خود مخلوطی از دو ماده متفاوت است. مثلا در مخازن نفت خام، مایع درون مخزن مخلوطی از آب نمک و نفت خام است. در این مخازن، باید به قدری نفت در مخزن وجود داشته باشد که آب نمک وارد لوله برداشت (که در قسمت فوقانی مخزن است) نشود. اما چگونه می‌توانیم بفهمیم که از مایع درون این مخزن، چه مقدار نفت خام و چه مقداری آب نمک است؟
یکی از قابلیت‌های اختصاصی لول ترانسمیترهای راداری، قابلیت تشخیص این نوع از مایعات مخلوط است که به مایعات چندفازی مشهورند. اگر در مخزن مدنظر شما هم مایعات چندفازی وجود دارد که بایستی سطح هرکدام به صورت جداگانه تشخیص داده شود، از همان ابتدا فکر ترانسمیترهای راداری گسترش موج آزاد را از فکرتان بیرون کنید و فقط ترانسمیترهای راداری موج هدایت شونده را در نظر داشته باشید!
تماسی و یا غیرتماسی بودن روش اندازه‌گیری
همانطور که گفته شد، در حسگرهای سطح راداری موج هدایت شونده به دلیل انتقال امواج از طریق پروب، روش اندازه‌گیری به صورت تماسی است. همین مورد باعث می‌شود که استهلاک در این دسته از تجهیزات اندکی بالاتر از حسگرهای سطح راداری عادی باشد. به علاوه، از لول ترانسمیترهای راداری معمولی برای پایش سطح به صورت بهداشتی در صنایع غذایی میتوان استفاده نمود؛ در حالی که در سنسورهای موج هدایت شونده به علت تماسی بودن، روش اندازه‌گیری بهداشتی نیست.
نکاتی که هنگام انتخاب سطح سنج راداری باید به آن‌ها توجه کنید!
مواردی که در انتخاب لول ترانسمیتر راداری حتما باید رعایت کرد به شرح زیر هستند:
- نوع مواد
- ارتفاع سیلو یا مخزن
- محدوده دمای کاری
- فشار داخل مخزن یا سیلو
- جنس (متریال) خود لول سنج
- خروجی‌های متنوع ابزار دقیق مانند HART و 4الی 20 میلی آمپر
- نوع اتصال سطح سنج(ترانسمیتر) به سیلو (فلنجی،رزوه)
- تعداد سیمهای خروجی ترانسمیتر (2 سیمه ،4 سیمه ،SDI12 ،HART)
- جنس بدنه ترانسمیتر که برحسب نیاز می‌تواند پلاستیکی ،آلومنیومی و استیل انتخاب گردد.
- قطر دهانه قسمت شیپوری(در بعضی موارد بصورت هورن یا شیپوری و در بعضی موارد استفاده از فرستنده کپسولی)
مزایا و معایب استفاده از سطح سنج‌های راداری برای اندازه‌گیری سطح
با اینکه لول ترانسمیترهای راداری تجهیزاتی پیشرفته، دقیق و قدرتمند محسوب می‌شوند، اما همانند دیگر روش‌های اندازه‌گیری سطح مزایا و معایب خاص خود را دارند. با اینکه اخیرا بسیاری از مشکلات مربوط به این تجهیزات حل شده اند اما برخی دیگر نیز همچنان به قوت خود باقی هستند. در این بخش، نگاهی می‌کنیم بر مزایا و معایب استفاده از ترانسمیترهای سطح راداری.
مزایای سطح سنج‌های راداری
به نظر میرسد لول سنج‌های راداری مزایای بسیار بیشتری نسبت به روش‌های اندازه‌گیری دیگر دارند. برخی از این مزایا را در این بخش بررسی می‌کنیم.
دقت و برد بسیار بالای سطح سنج راداری
ماکزیموم ارتفاع قابل اندازه‌گیری توسط سطح سنج‌های راداری معمولا حدود 30 الی 120 متر است که بسته به مدل می‌تواند متفاوت باشد؛ در حالی که مثلا برد لول ترانسمیترهای خازنی نهایتا به 6 الی 9 متر میرسد! این برد بسیار بالا باعث می‌شود که حتی در مخازنی نظیر سیلوهای مرتفع، هیچ نگرانی از بابت ابعاد مخزن نداشته باشید.
مورد بعدی، دقت بسیار بالای سنسورهای سطح راداری است؛ به طوری که در مقابل برد چند ده متری، تنها چند میلیمتر ضریب خطا دارند! این دقت بسیار بالا باعث افزایش چشمگیر کیفیت نظارت و کاهش احتمال خطا می‌شود.
طول عمر بالا و استهلاک پایین
استهلاک، معمولا یکی از هزینه برترین فاکتورها در صنایع و شرکت‌هاست. تجهیزات ابزار دقیق نیز از این قاعده مستثنی نیستند. بنابراین، کاملا طبیعی است به دنبال تجهیزی داشته باشید که دارای بیشترین طول عمر مفید بوده و استهلاک کمتری داشته باشند.
ترانسمیترهای سطح راداری از آنجایی که قطعات مکانیکی ندارند و از طرفی معمولا به طور مستقیم با ماده درون مخزن در ارتباط مستقیم نیستند، طول عمری بسیار طولانی دارند. از این رو، بسیاری از شرکت‌ها ترجیح میدهند حدالامکان برای موقعیت‌هایی که نیاز به نظارت بر سطح وجود دارد، از لول ترانسمیترهای راداری استفاده کنند.
نصب و نگهداری آسان
یکی از بهترین مزیت‌های سطح سنج‌های راداری قابلیت نگهداری آسان آنهاست. به دلیل اینکه روش اندازه‌گیری در این سطح سنج‌ها از نوع غیرتماسی است، نیازی به تمیز کردن مداوم، کالیبراسیون و ... ندارند. همچنین، نصب آن‌ها نیز در مقایسه با دیگر تجهیزات اندازه‌گیری سطح به مراتب آسان تر است.
قابلیت عمل در انواع محیط‌ها: امروزه لول ترانسمیترهای راداری در انواع آنتن‌ها، آلیاژها و قابلیت‌ها تولید می‌شوند و می‌توانند تقریبا در هر نوعی از مخازن نصب شده و به خوبی عمل نمایند. با شرط انتخاب تجهیز مناسب با ویژگی‌های مناسب، لول سنج‌های راداری می‌توانند در انواع محیط‌های اسیدی، دارای فشار و دمای بالا و مخازن دارای می‌کسر به راحتی عمل کنند.
حداقل تاثیرپذیری از محیط
لول ترانسمیترهای راداری برخلاف بسیاری از تجهیزات دیگر نظارت بر سطح، از تغییرات محیطی مانند دما، فشار، صدا، باد و یا گرد و غبار تاثیر نمیگیرند. به همین علت، شما به طور دائمی خواهید توانست با بالاترین کیفیت ممکن بر ارتفاع مواد داخل مخزن نظارت کنید.
غیرتماسی بودن اندازه‌گیری از آنجایی که سطح سنج‌های راداری بر اساس تکنولوژی امواج الکترومغناطیسی عمل می‌کنند، نیازی به تماس با ماده برای اندازه‌گیری سطح آن ندارند. غیرتماسی بودن روش اندازه‌گیری نه تنها مزایای بسیاری نظیر استهلاک کمتر و نصب و نگهداری آسان دارد، بلکه این اجازه را می‌دهد که این تجهیزات در محیط‌های خطرناک نیز بتوانند قابل استفاده باشند. به علاوه، ارتفاع سنج‌های راداری گزینه ایده آلی برای استفاده در صنعت مواد غذایی و دارویی هستند که به علت ملاحظات بهداشتی، امکان تماس تجهیز با مواد وجود ندارد.
نظارت آسان
یکی دیگر از مواردی که باعث افزایش کیفیت نظارت در این تجهیزات می‌شود، خروجی استاندارد 4-20 میلی آمپری ترانسمیترهای سطح راداری است. با این خروجی، شما به راحتی میتوانید با استفاده از یک PLC و یا نمایشگر قابل پارامتردهی، برای اتوماسیون برنامه ریزی کنید. از طرفی، در صورت بروز خطا در عملکرد تجهیز، این خروجی از حد 4 میلی آمپر پایین تر می آید تا نشان دهد که در اتصالات و یا عملکرد تجهیز مشکلی به وجود آمده است.
معایب لول سنج‌های راداری
با وجود مزایای گفته شده در بخش قبلی، این تجهیزات مشکلاتی نیز دارند. در این قسمت نیز به مشکلات ارتفاع سنج‌های راداری میپردازیم.
قیمت بیشتر نسبت به دیگر روش‌های اندازه‌گیری
با توجه به تکنولوژی، قابلیت‌ها و امکانات جدیدتر و بیشتر، لول ترانسمیترهای راداری اکثرا قیمتی بالاتر نسبت به دیگر تجهیزات اندازه‌گیری سطح دارند. به همین دلیل، برخی افراد عمدتا ناآگاه صرفا به علت اینکه فکر می‌کنند این تجهیزات قیمت بسیار بالایی دارند، سراغ دیگر تجهیزات میروند. اما آیا این موضوع گرانقیمت بودن، همیشه صادق است؟ به هیچ وجه!
در سال‌های اخیر با ورود رادار لول ترانسمیترهای ارزان قیمت برای انواع مخازن، دیگر کلیشه ای به نام گران بودن سطح سنج‌های راداری حقیقت ندارد. اما همچنان قبل از قضاوت کلی در این زمینه، بایستی به شرایط مخزنی که میخواهیم سطح مواد درون آن را اندازه‌گیری شود، نگاه کنیم. اگر شرایط مخزن به نسبت پایدار با دما و فشار مناسب باشد، لول ترانسمیترهای راداری بسیار ارزان قیمتی هستند که نه تنها کیفیت نظارتی بسیار بالاتر نسبت به سوئیچ‌ها ارائه می‌کنند، بلکه استهلاک بسیار پایین تری نیز دارند که در طولانی مدت باعث صرفه جویی در هزینه برای شرکت نیز می‌شود.
کف‌ها و بخارات می‌توانند بر عملکرد لول سنج راداری تاثیرگذار باشند
یکی از مشکلات اندازه‌گیری سطح با استفاده از لول سنج‌های راداری این است که ممکن است نسبت به گازها، بخارات و نیز کف متراکمی که در بالای سطح واقعی ماده وجود دارد، حساس باشند و نتوانند به درستی سطح مواد موجود درون مخزن را تشخیص دهند. اما چه راه حلی برای ان موضوع وجود دارد؟
یکی از نکاتی که هنگام انتخاب لول ترانسمیتر راداری بایستی به آن توجه کنید، فرکانس امواج تجهیز است. مثلا سطح سنج‌های راداری که از تکنولوژی امواج 80 گیگاهرتزی و یا 6 گیگاهرتزی باند C استفاده می‌کنند، می‌توانند به خوبی گازها، بخارات و کف‌های مزاحم را از سطح ماده اصلی تمییز داده و به دقت ارتفاع را تشخیص دهند. در همین موقعیت اگر مثلا از یک لول سنج را تکنولوژی امواج 26 گیگاهرتزی استفاده کنید، احتمال زیادی وجود دارد که در این زمینه با مشکل روبرو شوید.
همانطور که میبینید، ارتفاع سنج‌های راداری یکی از بهترین راه حل‌های موجود برای اندازه‌گیری سطح به کار میروند. حالا که دلایل استفاده و ترجیح این تجهیزات به ابزارهای دیگر را توضیح دادیم، نوبت تصمیم گیری است! اگر به این نتیجه رسیده اید که تجهیز موردنیاز شما یکی از انواع سطح سنج‌های راداری است، پس به خواندن این مطلب ادامه دهید تا نوع مدنظرتان را نیز بتوانید به سادگی انتخاب کنید!
بهترین برندها و مدل‌های لول ترانسمیتر راداری
برندهای متعددی در زمینه ساخت سطح سنج راداری فعال هستند که از معتبرترین آن‌ها میتوان وگا، اندرس‌هاوزر و رزمونت را نام برد. اما از بین تمامی این برندها، شرکت آلمانی وگا جایگاه بسیار خاصی دارد. سنسورهای سطح وگا به طور اختصاصی در آلمان تولید می‌شوند؛ آن هم با قیمتی مشابه دیگر برندها که برای هزینه کمتر، تجهیزات خود را در کشورهای ثالثی نظیر چین و هند تولید می‌کنند!
علاوه بر موارد گفته شده، برخی از بهترین ویژگی‌های لول سنج‌های راداری وگا عبارتند از:
- دقت و برد بسیار بالا
- امکان انتخاب انواع تکنولوژی امواج 6، 26 و 80 گیگاهرتزی
- طول عمر بسیار بالا به علت آلیاژها و کیفیت ساخت بسیار بالای آلمانی
- امکان انتخاب انواع آنتن میله ای، کپسولی، هورن و ... نسبت به شرایط مخزن
- تنوع بسیار بالا در محصولات
- امکان نصب در انواع مخزن‌ها از دمای -196 تا 450 درجه و فشار 1- تا 160 بار
- قابلیت استعلام تمامی اطلاعات تجهیز از وبسایت وگا، از جمله تاریخ تست نهایی محصول برای اطمینان از اصالت
- و بسیاری از امکانات دیگر!
منیع: مقاله ی ترانسمیتر راداری آداک فرآیند سپهر