В чём разница между ультразвуковым уровнемером и радарным уровнемером?

Уровень является одним из важных целевых параметров мониторинга промышленных процессов. При непрерывном измерении уровня в различных резервуарах, силосах, бассейнах и т. д. сложно найти уровнемеры, которые бы соответствовали всем условиям эксплуатации, из-за широкого разнообразия полевых условий.

Среди них радарные и ультразвуковые уровнемеры широко используются в бесконтактных измерительных приборах. Итак, в чем разница между радарным и ультразвуковым уровнемером? Каков принцип действия этих двух типов измерений? Каковы преимущества радарного и ультразвукового уровнемеров?

Во-первых, ультразвуковой уровнемер.

Звуковые волны с частотой более 20 кГц обычно называют ультразвуковыми. Ультразвуковая волна — это разновидность механической волны, то есть волны, распространяющейся в упругой среде под действием механических колебаний. Она характеризуется высокой частотой, короткой длиной волны, малым дифракционным явлением и хорошей направленностью, может распространяться в виде лучей и направленно.

Затухание ультразвука в жидкостях и твердых телах очень мало, поэтому его проникающая способность высока, особенно в непрозрачных твердых телах, где ультразвук может проникать на десятки метров в длину, а при столкновении с примесями или границами раздела фаз он будет значительно отражаться. Ультразвуковое измерение уровня — одно из применений этой особенности.

В ультразвуковой диагностике, независимо от типа ультразвукового прибора, необходимо преобразовывать электрическую энергию в ультразвуковое излучение, а затем принимать обратно в виде электрических сигналов. Устройство, выполняющее эту функцию, называется ультразвуковым преобразователем, также известным как зонд.

В процессе работы ультразвуковой преобразователь располагается над измеряемым объектом и излучает ультразвуковую волну вниз. Ультразвуковая волна проходит через воздушную среду, отражается обратно при столкновении с поверхностью измеряемого объекта, принимается преобразователем и преобразуется в электрический сигнал. После обнаружения этого сигнала электронный детектор преобразует его в сигнал уровня для отображения и вывода.

Два радарных уровнемера

Принцип работы радарного уровнемера аналогичен принципу работы ультразвукового уровнемера, и радарный уровнемер также использует режим передачи – отражения – приема. Разница заключается в том, что измерение в радарном ультразвуковом уровнемере в основном основано на ультразвуковом преобразователе, тогда как в радарном уровнемере используется высокочастотный датчик и антенна.

Ультразвуковые уровнемеры используют механические волны, тогда как радарные уровнемеры используют электромагнитные волны сверхвысоких частот (от нескольких Гс до десятков ГГц). Электромагнитные волны распространяются со скоростью света, а время распространения может быть преобразовано в сигнал уровня с помощью электронных компонентов.

Еще одним распространенным радарным уровнемером является уровеньомер с волноводным излучением.

Радарный уровнемер с направленной волной — это радарный уровнемер, основанный на принципе рефлектометрии во временной области (TDR). Электромагнитный импульс радарного уровнемера распространяется вдоль стального кабеля или зонда со скоростью света. При столкновении с поверхностью измеряемой среды часть импульса отражается, образуя эхо, и возвращается к устройству, генерирующему импульсы, по тому же пути. Расстояние между передатчиком и поверхностью измеряемой среды пропорционально времени распространения импульса, за которое рассчитывается высота уровня жидкости.

В-третьих, преимущества и недостатки радарных и ультразвуковых уровнемеров.

1. Точность ультразвукового метода не так высока, как у радара;

2. Из-за зависимости частоты от размера антенны, радарный уровнемер с более высокой частотой имеет меньшие размеры и проще в установке;

3. Поскольку частота радара выше, длина волны короче, и происходит лучшее отражение на наклонных твердых поверхностях;

4. Слепая зона радиолокационного измерения меньше, чем у ультразвукового;

5. Благодаря более высокой частоте радара, угол луча радара мал, энергия сконцентрирована, а способность к эхо-сигналу повышена, что способствует предотвращению помех;

6. По сравнению с ультразвуковыми уровнемерами, использующими механические волны, радарный уровень практически не подвержен влиянию вакуума, водяного пара в воздухе, пыли (за исключением графита, ферросплавов и другой высокодиэлектрической пыли), изменений температуры и давления;