سنسور سطح راداری

سطح سنج راداری چیست؟ سنسور سطح راداری یا Radar Level Sensor یکی از تجهیزات پیشرفته اندازه‌گیری سطح در صنایع است که با استفاده از امواج الکترومغناطیسی، فاصله میان Sensor و سطح ماده را اندازه‌گیری می‌کند. این فناوری می‌تواند بدون تماس مستقیم با ماده، سطح مایعات و در مدل‌های مناسب سطح مواد جامد و Bulk Solid را به‌صورت پیوسته اندازه‌گیری کند.

در یک سیستم راداری، Antenna سیگنال راداری را به سمت سطح ماده ارسال می‌کند. بخشی از Signal از سطح بازتاب شده و دوباره توسط Sensor دریافت می‌شود. دستگاه با تحلیل زمان رفت‌وبرگشت یا اختلاف فرکانسی Signal، فاصله را مشخص کرده و با توجه به ابعاد Tank مقدار Level را محاسبه می‌کند. Radar Level Transmitterهای صنعتی عمدتاً از روش Time-of-Flight یا FMCW استفاده می‌کنند.

در فروس سنسور سطح راداری باید عواملی مانند ارتفاع Tank، نوع ماده، Dielectric Constant، Temperature، Pressure، Foam، Vapor، Dust، Beam Angle، Process Connection، Frequency، نوع Antenna، خروجی و شرایط نصب بررسی شوند.

همچنین برسی سنسور سطح راداری نشان می‌دهد که این فناوری به دلیل Non-contact Measurement و عملکرد مناسب در بسیاری از شرایط فرآیندی، یکی از گزینه‌های مهم برای اندازه‌گیری پیوسته سطح در مخازن صنعتی است.

سطح سنج راداری چیست؟

اگر بخواهیم ساده‌تر توضیح دهیم سطح سنج راداری چیست؟ می‌توان آن را یک Non-contact Level Transmitter دانست که با ارسال Radar Wave به سمت ماده، فاصله تا سطح را اندازه‌گیری می‌کند.

Sensor معمولاً در قسمت بالای Tank نصب می‌شود.

امواج از Antenna به طرف سطح ماده ارسال می‌شوند.

پس از برخورد با سطح، بخشی از Energy به Sensor بازتاب پیدا می‌کند.

Electronics دستگاه Signal برگشتی را پردازش کرده و Level را محاسبه می‌کند.

اساس کار سنسور سطح راداری

اساس عملکرد Radar Level Measurement بر اندازه‌گیری فاصله استوار است.

Sensor ابتدا Distance میان Antenna و Material Surface را اندازه‌گیری می‌کند.

اگر ارتفاع مرجع Tank مشخص باشد، Level از روی همین Distance محاسبه می‌شود.

به همین دلیل Configuration صحیح Empty و Full Position اهمیت زیادی دارد.

امواج راداری چیست؟

Radar Sensor از Electromagnetic Wave استفاده می‌کند.

این موضوع تفاوت اساسی آن با Ultrasonic Sensor است که از Sound Wave استفاده می‌کند.

Radar Wave برای حرکت نیازی به انتقال صوتی در هوای بالای مخزن ندارد و همین موضوع باعث می‌شود شرایط گاز بالای ماده در بسیاری از کاربردها تأثیر کمتری نسبت به سیستم Ultrasonic داشته باشد.

Time of Flight چیست؟

در روش Time-of-Flight یا ToF، Sensor یک سیگنال را به سمت سطح ماده ارسال می‌کند.

Signal بازتاب پیدا کرده و به Antenna بازمی‌گردد.

زمان میان ارسال و دریافت با فاصله Sensor تا سطح ماده ارتباط مستقیم دارد.

اگر Tank Geometry مشخص باشد، دستگاه می‌تواند Distance را به Level تبدیل کند.

FMCW چیست؟

FMCW مخفف Frequency Modulated Continuous Wave است.

در این روش، Radar به‌جای یک Pulse ساده، Signal پیوسته‌ای با Frequency متغیر ارسال می‌کند.

Sensor اختلاف میان Signal ارسال‌شده و Signal برگشتی را تحلیل کرده و Distance را محاسبه می‌کند.

FMCW در بسیاری از Radar Level Transmitterهای مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اندازه‌گیری پیوسته سطح

یکی از مهم‌ترین کاربردهای سنسور Radar، Continuous Level Measurement است.

برخلاف Level Switch که فقط رسیدن ماده به یک نقطه را اعلام می‌کند، Radar Transmitter می‌تواند مقدار Level را به‌صورت پیوسته ارائه دهد.

برای مثال سیستم می‌تواند نشان دهد:

• مخزن ۲۰ درصد پر است
• مخزن ۵۰ درصد پر است
• مخزن ۸۵ درصد پر است
• فاصله تا سطح ۳ متر است

این اطلاعات می‌توانند به PLC، HMI یا DCS منتقل شوند.

کاربرد سنسور سطح راداری

سنسورهای Radar برای کاربردهای متنوعی استفاده می‌شوند، از جمله:

• مخازن آب
• مخازن مواد شیمیایی
• صنایع نفت و گاز
• پتروشیمی
• صنایع غذایی
• مخازن سوخت
• فاضلاب
• تصفیه‌خانه
• سیلو
• مواد پودری
• سیمان
• غلات
• صنایع دارویی
• مخازن تحت فشار
• فرآیندهای دارای Temperature بالا

سازندگان صنعتی Radar Level Sensor، مدل‌هایی را برای Liquids، Slurries و Solid Level Measurement ارائه می‌کنند.

کاربرد در مخزن آب

Water Tank یکی از کاربردهای ساده Radar Level Sensor است.

Sensor از بالای Tank فاصله تا سطح آب را اندازه‌گیری کرده و می‌تواند Level را به‌صورت:

• متر
• میلی‌متر
• درصد
• حجم محاسبه‌شده

به سیستم کنترل ارائه دهد.

کاربرد در مخازن مواد شیمیایی

در Chemical Tank یکی از مزیت‌های Radar، امکان Non-contact Measurement است.

اگر Sensor بدون تماس با ماده نصب شود، بخش حساس Measurement مستقیماً در تماس با Liquid قرار نمی‌گیرد.

این ویژگی برای بعضی مواد خورنده یا Processهایی که تماس Sensor نامطلوب است مفید است.

کاربرد در صنایع نفت و گاز

در Oil & Gas Industry، Level Measurement در Storage Tank و Process Vessel اهمیت زیادی دارد.

Radar Transmitterهای صنعتی می‌توانند با طراحی مناسب برای Pressure، Temperature و Hazardous Area ارائه شوند.

برای Tank Gauging دقیق نیز Radarهای تخصصی وجود دارند؛ برای نمونه برخی سیستم‌های صنعتی 80 GHz برای اندازه‌گیری دقیق مخازن ذخیره طراحی شده‌اند.

کاربرد در پتروشیمی

در Petrochemical Process، Radar می‌تواند برای Continuous Monitoring Level مواد مختلف استفاده شود.

در این کاربرد باید موارد زیر بررسی شوند:

• Temperature
• Pressure
• Dielectric Constant
• Vapor
• Corrosiveness
• Hazardous Area
• Process Connection

کاربرد در صنایع غذایی

در Food & Beverage Industry، Non-contact Radar می‌تواند برای مخازن مختلف استفاده شود.

عدم تماس مستقیم بخش اندازه‌گیری با محصول در بسیاری از کاربردها مزیت محسوب می‌شود.

البته Process Connection و قسمت‌های در معرض Tank همچنان باید با الزامات Hygienic سازگار باشند.

کاربرد در صنایع دارویی

در Pharmaceutical Tankها نیز Radar Measurement قابل استفاده است.

در این صنایع علاوه بر Accuracy، مواردی مانند:

• Hygienic Design
• Cleaning
• Process Connection
• Material Compatibility

اهمیت دارند.

کاربرد در تصفیه‌خانه

Radar Sensor می‌تواند برای Level Monitoring در:

• مخزن آب
• حوضچه
• مخزن مواد شیمیایی
• Wastewater Tank
• Pump Station

استفاده شود.

مدل‌های Compact Radar امروزی برای Water و Wastewater Application نیز عرضه می‌شوند.

کاربرد در فاضلاب

در Wastewater، تماس مستقیم Sensor با ماده می‌تواند باعث آلودگی یا رسوب شود.

استفاده از Free-space Radar به دلیل Non-contact Measurement می‌تواند Maintenance را در برخی کاربردها ساده‌تر کند.

کاربرد در سیلو

Radar فقط برای Liquid نیست.

مدل‌های مناسب می‌توانند سطح Bulk Solid را نیز اندازه‌گیری کنند.

در Silo، Sensor باید بتواند Echo را از سطح موادی مانند:

• Grain
• Cement
• Powder
• Plastic Granule
• Feed Material

دریافت کند.

VEGA و Siemens هر دو Radar Level Sensorهایی برای Liquid و Bulk Solid Measurement ارائه می‌کنند.

کاربرد در سیمان

در Cement Silo وجود Dust می‌تواند برای بعضی فناوری‌های Level Measurement چالش ایجاد کند.

Radarهای صنعتی مخصوص Solid Application برای چنین شرایطی طراحی می‌شوند.

برای Siloهای بلند، Measuring Range و Beam Focusing اهمیت زیادی دارند. Siemens برای برخی Radarهای 80 GHz مخصوص جامدات Range تا 120 متر ارائه می‌کند که نشان‌دهنده کاربرد این فناوری در سیلوهای بزرگ است.

کاربرد در غلات

در Grain Silo سطح ماده معمولاً صاف نیست.

ممکن است سطح به شکل Cone یا شیب‌دار باشد.

Radar Sensor مناسب Bulk Solid باید بتواند Echo از چنین سطحی را پردازش کند.

محل Sensor نیز باید بر اساس Filling Position و Geometry سیلو انتخاب شود.

کاربرد در گرانول پلاستیک

در Plastic Industry می‌توان Radar را برای اندازه‌گیری سطح Granule داخل Storage Silo یا Hopper بزرگ استفاده کرد.

برای Hopperهای کوچک‌تر ممکن است Capacitive Sensor یا Point Level Switch اقتصادی‌تر باشد.

Frequency در سنسور راداری

Radar Level Sensorها می‌توانند در Frequencyهای مختلف طراحی شوند.

نسل‌های مختلفی از Level Radar با فرکانس‌هایی مانند 6 GHz، 26 GHz و 80 GHz در صنعت استفاده شده‌اند.

مدل‌های 80 GHz امروزی به دلیل Beam باریک‌تر در بسیاری از Tankها مزیت دارند.

رادار 80 گیگاهرتز چیست؟

80 GHz Radar یکی از فناوری‌های رایج در Level Measurement جدید است.

Frequency بالا امکان تمرکز بهتر Beam را فراهم می‌کند.

Siemens نیز خانواده SITRANS LR100 را به‌عنوان Compact 80 GHz Radar Transmitter برای Liquid و Solid معرفی می‌کند.

مزیت Beam باریک

Beam باریک باعث می‌شود Sensor بتواند بهتر از موانع داخل Tank مانند:

• Ladder
• Pipe
• Baffle
• Heating Coil
• Agitator

فاصله بگیرد.

VEGA توضیح می‌دهد که Radarهای 80 GHz نسبت به نسل‌های قدیمی‌تر Beam باریک‌تری دارند و این موضوع Echoهای مزاحم ناشی از تجهیزات داخلی مخزن را کاهش می‌دهد.

Beam Angle چیست؟

Beam Angle زاویه انتشار Signal Radar است.

هرچه Beam Angle کمتر باشد، Signal در مسیر باریک‌تری حرکت می‌کند.

این موضوع در Tankهای:

• باریک
• بلند
• دارای تجهیزات داخلی
• دارای Nozzle محدود

اهمیت زیادی دارد.

Antenna چیست؟

Antenna وظیفه ارسال و دریافت Radar Signal را بر عهده دارد.

ساختار Antenna بسته به Sensor متفاوت است.

انتخاب Antenna مناسب می‌تواند به:

• Beam Focusing
• Chemical Resistance
• Temperature Resistance
• Process Compatibility

کمک کند.

Lens Antenna

Lens Antenna یکی از طراحی‌های رایج در Radarهای High-frequency جدید است.

این Antenna می‌تواند Beam متمرکزی ایجاد کند.

برای مثال Endress+Hauser در برخی Radarهای 80 GHz از Lens Antenna برای اندازه‌گیری سطح استفاده می‌کند.

Horn Antenna

Horn Antenna یکی دیگر از ساختارهای شناخته‌شده Radar است.

ابعاد Horn، Frequency و Process Requirement بر Beam Pattern تأثیر دارند.

نوع Antenna باید بر اساس Application انتخاب شود.

Dielectric Constant چیست؟

Dielectric Constant یا Relative Permittivity یکی از پارامترهای مهم ماده در Radar Level Measurement است.

بازتاب Radar Signal از سطح ماده با خواص دی‌الکتریک ماده ارتباط دارد.

Endress+Hauser توضیح می‌دهد که Radar Pulse به دلیل تغییر مقدار Relative Dielectric Constant در سطح ماده بازتاب می‌شود.

مواد با ثابت دی‌الکتریک پایین

موادی با Dielectric Constant پایین می‌توانند Echo ضعیف‌تری ایجاد کنند.

در فروس سنسور سطح راداری برای چنین موادی باید Sensitivity و Capability دستگاه بررسی شود.

مدل Sensor باید متناسب با Material انتخاب شود.

تأثیر فوم

Foam یکی از پارامترهایی است که باید در برسی سنسور سطح راداری بررسی شود.

نوع، ضخامت و Density Foam می‌تواند روی Signal برگشتی تأثیر بگذارد.

Radar در بسیاری از شرایط نسبت به Ultrasonic مزیت دارد، اما نباید فرض کرد هر نوع Foam برای همه Radarها بی‌اثر است.

تأثیر بخار

یکی از مزایای Radar نسبت به Ultrasonic این است که Measurement بر Sound Velocity متکی نیست.

در نتیجه تغییرات شرایط گازی بالای مخزن معمولاً اثر کمتری بر اصل اندازه‌گیری Radar دارد.

با این حال Vapor، Condensation و شرایط Process همچنان باید در انتخاب Sensor و Antenna بررسی شوند.

تأثیر دما

Temperature فرآیند باید با Rating Sensor هماهنگ باشد.

هر Radar Level Transmitter محدوده Process Temperature مخصوص خود را دارد.

برای مثال Radarهای تخصصی صنعتی می‌توانند برای Process Temperatureهای بالا طراحی شوند، اما عدد دقیق کاملاً به مدل بستگی دارد.

تأثیر فشار

Radar Level Measurement در Process Vesselهای تحت فشار نیز قابل استفاده است، مشروط بر اینکه Sensor و Process Connection برای Pressure مورد نظر طراحی شده باشند.

برخی Radarهای صنعتی برای Vacuum تا Pressure مثبت قابل توجه طراحی می‌شوند.

تأثیر گردوغبار

در Bulk Solid Application وجود Dust باید بررسی شود.

Radarهای مخصوص Solid Measurement برای عملکرد در شرایط Industrial Silo طراحی می‌شوند و Beam متمرکز می‌تواند به یافتن Surface Echo کمک کند.

سطح متلاطم

در مخزن دارای Mixer ممکن است Surface مایع Turbulent باشد.

Radar Signal Processing می‌تواند Echoهای مختلف را تحلیل کند، اما محل نصب Sensor همچنان اهمیت زیادی دارد.

برای شرایط بسیار سخت، Antenna و Frequency مناسب باید انتخاب شوند.

False Echo چیست؟

False Echo بازتابی است که از سطح واقعی ماده ایجاد نشده است.

منابع رایج آن عبارت‌اند از:

• Ladder
• Pipe
• Tank Wall
• Nozzle
• Heating Coil
• Agitator
• Support Structure

Radar Sensorهای صنعتی از Echo Processing و Mapping برای تشخیص بهتر Surface Echo استفاده می‌کنند.

False Echo Suppression

برخی Radar Transmitterها امکان Mapping بازتاب‌های ثابت داخل Tank را دارند.

در Commissioning، Sensor می‌تواند Echoهای ثابت را شناسایی کند تا در Measurement اصلی کمتر باعث اختلال شوند.

نصب سنسور سطح راداری

Installation یکی از عوامل مهم در برسی سنسور سطح راداری است.

Sensor باید در محلی نصب شود که Beam مسیر مناسبی تا سطح ماده داشته باشد.

بهتر است تا حد ممکن:

• از Wall فاصله داشته باشد
• روبه‌روی Filling Stream نباشد
• مستقیماً تجهیزات داخلی را نبیند
• مطابق دستورالعمل سازنده روی Nozzle نصب شود

نصب نزدیک دیواره

اگر Radar بیش از حد نزدیک Tank Wall نصب شود، Signal ممکن است از دیواره Reflection دریافت کند.

در Radarهای دارای Beam باریک این مشکل می‌تواند کمتر شود، اما Mounting Requirement هر مدل باید رعایت شود.

نصب روی نازل

Nozzle Diameter و Length باید با Sensor سازگار باشند.

Nozzle بسیار باریک یا بلند می‌تواند Pattern Signal را تحت تأثیر قرار دهد.

در فروس سنسور سطح راداری باید ابعاد Nozzle همراه با Tank Drawing بررسی شوند.

نصب کنار همزن

وجود Mixer و Agitator می‌تواند Echo اضافی ایجاد کند.

استفاده از Beam باریک و انتخاب Mounting Position مناسب می‌تواند این اثر را کاهش دهد.

نصب روبه‌روی ورودی مواد

Sensor بهتر است مستقیماً در مسیر Filling Stream نصب نشود.

در غیر این صورت Radar ممکن است Material در حال سقوط را به‌جای Surface اصلی تشخیص دهد.

این موضوع در Silo اهمیت بیشتری دارد.

Dead Zone

Radar Sensor نیز می‌تواند Near Range یا Blocking Distance داشته باشد.

در فاصله بسیار نزدیک به Antenna ممکن است Measurement محدود شود.

Maximum Level نباید خارج از Range تعریف‌شده Sensor قرار گیرد.

Measuring Range

در فروس سنسور سطح راداری باید Range دستگاه با ارتفاع Tank مطابقت داشته باشد.

Radarهای مختلف از Tankهای کوچک تا Siloهای بسیار بلند را پوشش می‌دهند.

برای نمونه Siemens Radarهای 80 GHz مخصوص Solid را با Rangeهای بسیار بلند نیز ارائه می‌کند.

Accuracy

Accuracy یکی از مشخصات مهم Radar Transmitter است.

مقدار آن به مدل و Application بستگی دارد.

Radarهای عمومی و Radarهای Tank Gauging می‌توانند Accuracyهای کاملاً متفاوتی داشته باشند؛ برای مثال برخی Radarهای تخصصی Tank Gauging دقتی تا حدود ±0.5 mm ارائه می‌کنند.

Resolution

Resolution مشخص می‌کند Sensor چه مقدار تغییر کوچک Level را می‌تواند تشخیص دهد.

این پارامتر با Accuracy یکسان نیست.

در کاربردهای دقیق باید هر دو مشخصه بررسی شوند.

Repeatability

Repeatability نشان می‌دهد Sensor در شرایط یکسان تا چه اندازه Reading مشابهی ارائه می‌دهد.

برای Process Control پایدار، Repeatability مناسب اهمیت زیادی دارد.

خروجی 4 تا 20 میلی‌آمپر

یکی از خروجی‌های رایج Level Transmitterهای صنعتی 4–20mA است.

می‌توان Range را به شکل زیر Scale کرد:

4mA = Empty

20mA = Full

سپس PLC مقدار Current را به Level تبدیل می‌کند.

HART

برخی Radar Level Transmitterها دارای HART Communication هستند.

HART می‌تواند امکان Configuration، Diagnostics و انتقال اطلاعات دیجیتال روی Loop را فراهم کند.

پشتیبانی از آن باید در مدل Sensor بررسی شود.

Modbus و Fieldbus

بسته به سازنده و مدل، Radar Transmitter ممکن است Communicationهای دیجیتال دیگری نیز داشته باشد.

انتخاب Protocol باید با Control System مجموعه هماهنگ باشد.

اتصال به PLC

یک ساختار رایج:

Radar Level Transmitter → 4–20mA → PLC Analog Input

است.

PLC می‌تواند مقدار Level را:

• نمایش دهد
• برای Pump Control استفاده کند
• Alarm ایجاد کند
• روی HMI نمایش دهد
• برای Inventory Monitoring ذخیره کند

اندازه‌گیری درصد مخزن

Radar ابتدا Distance را اندازه‌گیری می‌کند.

سپس با تعریف Empty و Full Level می‌توان مقدار Level را به Percentage تبدیل کرد.

برای مثال:

Empty = 0%

Full = 100%

محاسبه حجم

اگر Geometry Tank مشخص باشد، مقدار Level می‌تواند به Volume تبدیل شود.

برای Vertical Cylindrical Tank این تبدیل ساده‌تر است.

برای Horizontal Tank، Conical Bottom یا Geometry پیچیده‌تر باید Linearization مناسب استفاده شود.

کنترل پمپ

Radar Level Measurement می‌تواند برای Pump Control استفاده شود.

PLC می‌تواند بر اساس Level اندازه‌گیری‌شده:

• Pump را روشن کند
• Pump را خاموش کند
• Valve را کنترل کند
• Alarm صادر کند

جلوگیری از سرریز

Radar می‌تواند High Level را به Control System اعلام کند.

اما در کاربردهای Safety-critical معمولاً نیاز به بررسی یک Independent Overfill Protection مناسب نیز وجود دارد.

کنترل موجودی

یکی از مزایای Continuous Radar Measurement، امکان Inventory Monitoring است.

در Storage Tank یا Silo می‌توان میزان موجودی را به‌صورت پیوسته مشاهده کرد.

تفاوت سنسور راداری و التراسونیک

Radar:

• از Electromagnetic Wave استفاده می‌کند
• بدون تماس است
• برای Liquid و Solid مدل‌های متنوع دارد
• کمتر به تغییر Speed of Sound وابسته است
• در بسیاری از شرایط Vapor و Temperature Gradient عملکرد مناسب‌تری دارد

Ultrasonic:

• از Sound Wave استفاده می‌کند
• بدون تماس است
• اقتصادی و مناسب بسیاری از Tankهای ساده است
• تحت تأثیر تغییرات Speed of Sound قرار می‌گیرد

اصل تفاوت این دو فناوری در نوع موج مورد استفاده است.

تفاوت سنسور راداری و خازنی

Radar:

• Non-contact در نوع Free-space
• مناسب Continuous Measurement
• مناسب Tankهای بزرگ
• وابسته به Reflection Radar

Capacitive:

• بر اساس تغییر Capacitance
• بسیار مناسب Point Level در بسیاری از کاربردها
• وابسته به Dielectric Property
• Probe آن در بسیاری از مدل‌ها با Process تماس دارد

تفاوت رادار و دیاپازونی

Vibrating Fork یک Point Level Switch است.

Radar معمولاً Continuous Level Transmitter است.

در یک Tank می‌توان حتی هر دو را استفاده کرد:

Radar → Continuous Level

Vibrating Fork → High-high Level Alarm

این ترکیب در طراحی‌های صنعتی می‌تواند Measurement و Protection را از یکدیگر جدا کند.

تفاوت رادار و هیدرواستاتیک

Hydrostatic Level Transmitter از Pressure ستون مایع برای محاسبه Level استفاده می‌کند.

Radar از فاصله تا سطح استفاده می‌کند.

Hydrostatic:

• تماس مستقیم با Liquid
• وابسته به Density

Radar:

• قابل استفاده بدون تماس
• مناسب Liquid و Solid در مدل مناسب
• Measurement بر اساس Radar Reflection

Guided Wave Radar چیست؟

Guided Wave Radar یا GWR با Free-space Radar تفاوت دارد.

در GWR، Microwave Pulse در امتداد یک Rod یا Cable Probe هدایت می‌شود و پس از رسیدن به سطح ماده بازتاب پیدا می‌کند.

این فناوری برای Liquid، Bulk Solid و حتی Interface Measurement قابل استفاده است.

تفاوت Free-space Radar و Guided Wave Radar

Free-space Radar:

• Antenna در بالای Tank
• موج بدون Probe تا سطح حرکت می‌کند
• Measurement بدون تماس مستقیم در بسیاری از کاربردها

Guided Wave Radar:

• دارای Rod یا Cable Probe
• Signal روی Probe هدایت می‌شود
• Probe با Process در تماس است
• برای بعضی Interface Applicationها نیز مناسب است.

مزایای سنسور سطح راداری

مهم‌ترین مزایا عبارت‌اند از:

• اندازه‌گیری بدون تماس در Free-space Radar
• مناسب Continuous Level Measurement
• قابل استفاده برای Liquids
• دارای مدل‌های مناسب Bulk Solid
• مناسب Tankهای بلند
• امکان Beam باریک در مدل‌های 80 GHz
• مناسب برای Automation
• قابلیت اتصال به PLC
• امکان خروجی 4–20mA
• کاربرد در Processهای صنعتی مختلف
• عدم وابستگی به Speed of Sound
• مناسب برای بسیاری از محیط‌های دارای Vapor نسبت به Ultrasonic
• Maintenance کم در مدل‌های Non-contact

محدودیت‌های سنسور سطح راداری

Radar نیز بدون محدودیت نیست.

موارد مهم شامل:

• نیاز به انتخاب Sensor متناسب با Dielectric Constant
• احتمال False Echo
• اهمیت Beam Angle
• اهمیت نصب صحیح
• محدودیت Near Range
• تأثیر شدید بعضی Foamها یا Process Conditionها
• نیاز به Antenna مناسب
• قیمت بالاتر نسبت به بعضی Level Sensorهای ساده
• نیاز به Configuration صحیح

چه زمانی Radar انتخاب مناسبی است؟

Radar گزینه مناسبی است اگر:

• Continuous Level Measurement نیاز باشد
• Measurement بدون تماس اهمیت داشته باشد
• Tank بلند باشد
• Process دارای شرایطی باشد که Ultrasonic را دشوار کند
• Liquid یا Bulk Solid اندازه‌گیری شود
• خروجی Analog به PLC نیاز باشد

چه زمانی Level Switch کافی است؟

اگر فقط نیاز باشد مشخص شود ماده به یک نقطه رسیده یا نه، استفاده از Radar Transmitter ممکن است ضروری نباشد.

در این شرایط Level Switchهایی مانند:

• Vibrating Fork
• Capacitive
• Float
• Conductive

می‌توانند بسته به ماده گزینه ساده‌تری باشند.

برسی سنسور سطح راداری قبل از انتخاب

در برسی سنسور سطح راداری ابتدا باید ماده مورد اندازه‌گیری مشخص شود.

سپس پارامترهای زیر بررسی شوند:

• Liquid یا Solid
• Dielectric Constant
• Tank Height
• Tank Diameter
• Temperature
• Pressure
• Foam
• Vapor
• Dust
• Agitator
• Internal Obstacle
• Nozzle
• Accuracy
• Process Connection
• Output
• Hazardous Area

نکات مهم در فروس سنسور سطح راداری

در فروس سنسور سطح راداری تنها Range دستگاه نباید ملاک باشد.

Frequency Sensor بررسی شود.

Beam Angle مشخص شود.

نوع Antenna بررسی شود.

Material مشخص شود.

Dielectric Constant در نظر گرفته شود.

Maximum Temperature تعیین شود.

Maximum Pressure مشخص شود.

Nozzle Dimensions بررسی شوند.

وجود Mixer و Ladder مشخص شود.

Output مناسب انتخاب شود.

PLC Compatibility بررسی شود.

در صورت نیاز HART یا Communication Protocol مشخص شود.

فروس سنسور سطح راداری برای مخزن آب

در فروس سنسور سطح راداری برای Water Tank باید:

• Tank Height
• Maximum Level
• Minimum Level
• Mounting Position
• Process Connection
• Output Type

مشخص شوند.

برای بسیاری از Water Applicationها Radar Compact می‌تواند گزینه مناسبی باشد.

فروس سنسور سطح راداری برای مواد شیمیایی

برای Chemical Tank باید علاوه بر Level Range موارد زیر بررسی شوند:

• Vapor
• Temperature
• Pressure
• Corrosion
• Antenna Material
• Seal Material
• Hazardous Classification

فروس سنسور سطح راداری برای سیلو

برای Silo باید:

• ارتفاع
• Bulk Material
• Dust
• Dielectric Property
• Filling Position
• Cone Surface
• Beam Angle
• Range

بررسی شوند.

Radarهای 80 GHz با Beam باریک برای بسیاری از Solid Applicationها طراحی شده‌اند.

سنسور 80 GHz یا مدل فرکانس پایین‌تر؟

انتخاب فقط بر اساس بزرگ‌تر بودن Frequency نباید انجام شود.

80 GHz در بسیاری از Tankها Beam باریک و Focusing خوبی ایجاد می‌کند.

اما شرایط Process، Dielectric Constant، Foam، Antenna و Application باید همراه Frequency بررسی شوند.

راه‌اندازی سنسور

Commissioning معمولاً شامل تعریف موارد زیر است:

• Empty Distance
• Full Level
• Tank Height
• Output Scaling
• Damping
• Material Parameter
• False Echo Mapping

روش دقیق Configuration به مدل Sensor بستگی دارد.

Bluetooth

بعضی Radar Transmitterهای جدید امکان Commissioning از طریق Bluetooth دارند.

برای نمونه Siemens خانواده SITRANS LR100 را با Bluetooth برای Setup معرفی می‌کند.

Damping

Damping برای کاهش نوسان Reading استفاده می‌شود.

در Tank دارای Surface Turbulence می‌توان Measurement را نرم‌تر کرد.

اما Damping زیاد باعث کند شدن Response سیستم می‌شود.

Echo Curve

در برخی Radarهای پیشرفته می‌توان Echo Curve را مشاهده کرد.

این نمودار برای:

• Commissioning
• تشخیص False Echo
• عیب‌یابی
• بررسی Signal Quality

مفید است.

عیب‌یابی سنسور سطح راداری

اگر Reading اشتباه یا ناپایدار باشد، موارد زیر بررسی شوند:

• Mounting Position
• False Echo
• Tank Wall
• Nozzle
• Mixer
• Foam
• Material
• Range Setting
• Empty Calibration
• Output Scaling
• Wiring
• Supply Voltage

چرا سطح اشتباه نمایش داده می‌شود؟

یکی از دلایل می‌تواند دریافت Echo از یک Obstacle باشد.

اگر Pipe یا Ladder داخل Beam قرار داشته باشد، Sensor ممکن است Reflection اضافی دریافت کند.

Beam باریک و False Echo Mapping می‌توانند در کاهش این مشکل کمک کنند.

Maintenance سنسور راداری

Free-space Radar به دلیل نداشتن قطعه متحرک و عدم تماس مستقیم با ماده در بسیاری از Applicationها Maintenance کمی نیاز دارد.

با این حال بهتر است موارد زیر بررسی شوند:

• Antenna
• Build-up
• Cable
• Housing
• Connection
• Signal Quality
• Calibration/Verification

برندهای سنسور سطح راداری

برندهای متعددی Radar Level Transmitter تولید می‌کنند.

VEGA خانواده VEGAPULS را برای Liquid و Bulk Solid Level Measurement ارائه می‌کند.

Endress+Hauser خانواده Micropilot را بر اساس Radar Level Measurement عرضه می‌کند و مدل‌های مختلفی برای Process و Tank Gauging دارد.

Siemens نیز خانواده SITRANS LR را ارائه می‌کند و مدل‌های Compact 80 GHz آن برای اندازه‌گیری Liquid و Solid طراحی شده‌اند.

در فروس سنسور سطح راداری بهتر است ابتدا مشخصات Process تعیین شوند و سپس برند و مدل انتخاب شود.

جمع‌بندی

سطح سنج راداری چیست؟ سطح سنج راداری یک Level Transmitter است که با استفاده از امواج Electromagnetic، فاصله میان Sensor و سطح ماده را اندازه‌گیری کرده و آن را به Level تبدیل می‌کند. Radar Level Measurement می‌تواند بر اساس Time-of-Flight یا FMCW انجام شود و برای Liquid و در مدل‌های مناسب Bulk Solid کاربرد دارد.

برسی سنسور سطح راداری نشان می‌دهد این فناوری برای Continuous Level Measurement، مخازن آب، صنایع شیمیایی، نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع غذایی، سیلو، سیمان و بسیاری از فرآیندهای صنعتی قابل استفاده است. Radarهای 80 GHz نیز به دلیل Beam باریک در بسیاری از Tankها و Siloهای دارای تجهیزات داخلی مزیت دارند.

در فروس سنسور سطح راداری باید Measuring Range، Frequency، Beam Angle، Dielectric Constant، Temperature، Pressure، Foam، Vapor، Dust، Tank Geometry، Antenna، Process Connection و نوع Output بررسی شوند. انتخاب صحیح Sensor و محل نصب مناسب نقش بسیار مهمی در Accuracy و پایداری Level Measurement دارد.