چگونگی عملکرد سطحسنج راداری
چگونگی عملکرد سطحسنج راداری
مقدمه
اندازهگیری سطح مایعات یا مواد دانهای در مخازن صنعتی، پلیمرها، فاضلاب، فرآیندهای نفتوگاز و سیستمهای هیدرولوژیکی، یکی از بخشهای حیاتی اتوماسیون صنعتی است. استفاده از سنسورهای راداری (Radar Level Sensors) به دلیل فاصلهسنجی بدون تماس، دقت بالا و مقاومت در شرایط دشوار محیطی، در این حوزه رو به افزایش است. این مقاله نخست به معرفی فناوری سطحسنج راداری میپردازد، سپس اصول عملکرد، انواع، مزایا و محدودیتها و در پایان کاربردها و نکات انتخاب آن را مرور میکند.
فناوری سطحسنج راداری چیست؟
سطحسنج راداری دستگاهی است که با استفاده از امواج الکترومغناطیسی (رادار یا مایکروویو) فاصله بین سنسور و سطحِ مایع یا ماده را اندازه میگیرد و از آن سطح مخزن را محاسبه میکند. برخلاف سنسورهای تماسی یا مکانیکی، سنسور راداری معمولاً از بالای مخزن نصب میشود و بدون تماس با سطح، داده میدهد. این ویژگی باعث افزایش طول عمر دستگاه، کاهش نیاز به تعمیر و افزایش دقت اندازهگیری در محیطهای صنعتی میشود.
اصول عملکرد سطحسنج راداری
۱. روش فاصلهسنجی زمانی (Time of Flight – ToF)
در این روش، سنسور یک پالس راداری کوتاه منتشر میکند. موج تا سطح ماده میرود، بازمیگردد و سنسور زمان رفت و برگشت را ثبت میکند. فاصله بین سنسور و سطح طبق رابطه زیر محاسبه میشود:
D=c×t2D = \frac{c \times t}{2}که در آن ccc سرعت نور و ttt زمان رفت و برگشت است. سپس سطح ماده از ارتفاع نصب سنسور کم میشود تا مقدار سطح واقعی به دست آید.
۲. روش موج پیوسته با مدولاسیون فرکانسی (FMCW)
در این روش، سنسور امواج راداری پیوسته با فرکانس متغیر تولید میکند. پس از بازتاب موج از سطح، اختلاف فرکانس بین موج ارسالشده و موج بازگشتی محاسبه شده و از روی آن فاصله بهصورت دقیق تعیین میشود. این روش دقت بالاتری نسبت به ToF دارد.
۳. انتخاب باند فرکانسی
سنسورهای راداری در باندهای مختلفی مانند ۶ گیگاهرتز، ۲۶ گیگاهرتز و ۸۰ گیگاهرتز تولید میشوند. انتخاب باند مناسب به ویژگیهای مخزن، نوع ماده، میزان بخار، زاویه نصب و میدان دید بستگی دارد. سنسورهای ۸۰ گیگاهرتزی زاویه پرتوی کوچکتر و دقت بالاتری دارند.
۴. مراحل عملی اندازهگیری
- نصب سنسور در بالای مخزن با زاویه مناسب نسبت به سطح ماده
- انتشار امواج مایکروویو از آنتن سنسور
- دریافت موج بازتابشده و اندازهگیری تأخیر زمانی یا اختلاف فرکانس
- محاسبه فاصله و تبدیل آن به سطح
- ارسال داده به سیستم کنترلی یا مانیتورینگ
انواع سطحسنجهای راداری و کاربردشان
سطحسنج راداری بدون تماس (Non-contact Radar Level Sensor)
در این نوع سنسور، امواج بهصورت آزاد منتشر شده و پس از برخورد با سطح ماده بازتاب مییابند. این سنسورها برای محیطهای باز، دارای بخار، گرد و غبار یا دمای بالا بسیار مناسباند. دقت آنها بالا و نگهداری آنها حداقل است.
سطحسنج راداری با راهنمای موج (Guided Wave Radar)
در این نوع، امواج از طریق میله یا کابل فلزی راهنما به سطح منتقل میشوند. این نوع برای مخازن با فضای محدود یا مواد دارای سطح ناپایدار (کف یا تلاطم) مناسبتر است، زیرا مسیر انتشار موج کنترلشده است.
مزایا و محدودیتهای سنسورهای راداری
مزایا
- عدم تماس با ماده و در نتیجه کاهش خوردگی و آلودگی
- دقت بالا حتی در شرایط بخار، گرد و غبار یا فشار زیاد
- قابلیت نصب در محیطهای سخت صنعتی
- نگهداری کم و طول عمر بالا
- مناسب برای اندازهگیری سطح مایعات و جامدات
محدودیتها
- تأثیر ثابت دیالکتریک ماده بر دقت اندازهگیری
- نیاز به تنظیم دقیق زاویه نصب برای جلوگیری از بازتابهای ناخواسته
- هزینه اولیه بالاتر نسبت به برخی فناوریهای سادهتر
- نیاز به کالیبراسیون در صورت تغییر شرایط محیطی یا نوع ماده
کاربردهای صنعتی سطحسنج راداری
- صنایع نفت، گاز و پتروشیمی برای اندازهگیری سطح مخازن ذخیره
- صنایع غذایی و دارویی برای کنترل سطح مواد حساس
- سیستمهای مدیریت آب و فاضلاب برای اندازهگیری سطح مخازن و رودخانهها
- نیروگاهها، معادن و صنایع شیمیایی برای کنترل سطح سیالات و مواد جامد
- پروژههای محیطزیستی و هیدرولوژیکی برای پایش تغییرات سطح آب
نکات انتخاب و نصب مناسب
- انتخاب باند فرکانسی متناسب با نوع ماده و اندازه مخزن
- نصب سنسور در نقطهای با دید مستقیم به سطح و بدون مانع
- در نظر گرفتن جنس ماده، میزان کف، دما و فشار در محیط
- تنظیم دقیق آنتن و فاصله از دیوارههای مخزن
- اطمینان از تطابق خروجی سنسور با سیستم کنترل یا PLC
- انجام کالیبراسیون دورهای برای حفظ دقت اندازهگیری
نتیجهگیری
سطحسنجهای راداری یکی از دقیقترین و قابلاعتمادترین ابزارها برای اندازهگیری سطح مواد در صنایع مختلف محسوب میشوند. این فناوری بهدلیل عدم تماس با ماده، دقت بالا، و مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت، جایگزین مناسبی برای بسیاری از روشهای سنتی شده است. با انتخاب درست نوع سنسور، نصب صحیح و توجه به ویژگیهای محیطی، میتوان عملکردی پایدار و دقیق از این دستگاهها به دست آورد.
نظری برای این وجود ندارد.