Hladina je jedním z důležitých cílových parametrů monitorování průmyslových procesů. Při kontinuálním měření hladiny v různých nádržích, silech, bazénech atd. je kvůli široké škále terénních podmínek obtížné mít hladinoměry, které by splňovaly všechny provozní podmínky.
Mezi nimi se v bezkontaktních měřicích přístrojích široce používají radarové a ultrazvukové hladinoměry. Jaký je tedy rozdíl mezi radarovým a ultrazvukovým hladinoměrem? Jaký je princip těchto dvou druhů měření? Jaké jsou výhody radarového a ultrazvukového hladinoměru?
Za prvé, ultrazvukový hladinoměr
Zvukovou vlnu s frekvencí vyšší než 20 kHz obecně nazýváme ultrazvukovou vlnou. Ultrazvuková vlna je druh mechanické vlny, tj. mechanické vibrace v elastickém prostředí při šíření. Vyznačuje se vysokou frekvencí, krátkou vlnovou délkou, malým difrakčním jevem a dobrou směrovostí, může se stát paprskem a šířit se směrem.
Ultrazvukový útlum v kapalinách a pevných látkách je velmi malý, takže penetrační schopnost je silná, zejména ve světle neprůhledných pevných látkách. Ultrazvuk může proniknout na délku desítek metrů a narazit na nečistoty nebo rozhraní, kde se výrazně odráží. Tuto funkci využívá k měření hladiny ultrazvukem.
V technologii ultrazvukové detekce je bez ohledu na druh ultrazvukového přístroje nutné přeměnit elektrickou energii na ultrazvukové vyzařování a poté ji přijmout zpět do elektrických signálů. Zařízení, které tuto funkci plní, se nazývá ultrazvukový měnič, známý také jako sonda.
Při práci je ultrazvukový měnič umístěn nad měřeným objektem a vysílá ultrazvukové vlny směrem dolů. Ultrazvuková vlna prochází vzduchem, odráží se zpět při kontaktu s povrchem měřeného objektu a je měničem přijímána a přeměňována na elektrický signál. Po detekci tohoto signálu jej elektronická detekční část přemění na signál hladiny pro zobrazení a výstup.
Dva, radarový hladinoměr
Provozní režim radarového hladinoměru je stejný jako u ultrazvukového hladinoměru a radarový hladinoměr také používá režim vysílání – odrazu – příjmu. Rozdíl spočívá v tom, že měření radarového ultrazvukového hladinoměru se spoléhá hlavně na ultrazvukový převodník, zatímco radarový hladinoměr se spoléhá na vysokofrekvenční hlavici a anténu.
Ultrazvukové hladinoměry využívají mechanické vlny, zatímco radarové hladinoměry využívají elektromagnetické vlny s ultravysokými frekvencemi (několik G až desítky G Hertzů). Elektromagnetické vlny se šíří rychlostí světla a dobu jejich šíření lze pomocí elektronických součástek převést na signál hladiny.
Dalším běžným radarovým hladinoměrem je hladinoměr s vedenou vlnou.
Radarový hladinoměr s vedenou vlnou je radarový hladinoměr založený na principu časové reflektometrie (TDR). Elektromagnetický impuls radarového hladinoměru se šíří podél ocelového lana nebo sondy rychlostí světla. Když narazí na povrch měřeného média, část impulsu radarového hladinoměru se odrazí a vytvoří ozvěnu, která se po stejné dráze vrací k zařízení pro vysílání impulsů. Vzdálenost mezi vysílačem a povrchem měřeného média je úměrná době šíření impulsu, během které se vypočítává výška hladiny kapaliny.
Za třetí, výhody a nevýhody radarového a ultrazvukového hladinoměru
1. Přesnost ultrazvuku není tak dobrá jako u radaru;
2. Vzhledem k vztahu mezi frekvencí a velikostí antény je radarový hladinoměr s vyšší frekvencí menší a snadněji se instaluje;
3. Protože radarová frekvence je vyšší, vlnová délka je kratší a dochází k lepšímu odrazu na nakloněných pevných površích;
4. Slepá oblast radarového měření je menší než u ultrazvuku;
5. Díky vyšší radarové frekvenci je úhel radarového paprsku malý, energie je koncentrovaná a schopnost ozvěny je vylepšena, což vede k zamezení rušení;
6. Ve srovnání s ultrazvukovými hladinoměry využívajícími mechanické vlny není radar v podstatě ovlivněn vakuem, vodní párou ve vzduchu, prachem (s výjimkou grafitu, feroslitin a jiného prachu s vysokou dielektrickou hodnotou), změnami teploty a tlaku;
Čas zveřejnění: 18. září 2023