Различия между ультразвуковыми и радиолокационными датчиками уровня

Thread Content

Мы обычно называем звуковые волны с частотой свыше 20 кГц ультразвуком. Ультразвук является разновидностью механических волн, то есть процессом распространения механических колебаний в упругой среде. Его особенности заключаются в высокой частоте, короткой длине волны, незначительном дифракционном эффекте, а также в хорошей направленности — он может распространяться в определенном направлении в виде луча. Ультразвук сильно ослабевает в жидкостях и твердых телах лишь в незначительной степени, поэтому обладает высокой способностью проникновения. Особенно это характерно для непрозрачных для света твердых тел: ультразвук может проникать на расстояние десятков метров. При столкновении с примесями или границами происходит значительное отражение ультразвука. Именно эту особенность используют при измерении уровня жидкости с помощью ультразвука. В технологии ультразвукового контроля, независимо от типа ультразвукового оборудования, необходимо преобразовывать электрическую энергию в ультразвуковые волны, затем приемать их обратно и преобразовывать в электрические сигналы. Устройство, выполняющее эту функцию, называется ультразвуковым преобразователем, или пробойником. Как показано на рисунке, ультразвуковой преобразователь размещается над жидкостью, которая подлежит измерению. Отсюда излучаются ультразвуковые волны, которые проходят через воздушную среду. При столкновении с поверхностью жидкости эти волны отражаются обратно, после чего их снова перехватывает преобразователь, преобразуя их в электрические сигналы. Электронный блок обработки сигналов фиксирует эти сигналы, преобразует их в сигналы уровня жидкости, а затем отображает их на экране. Исходя из принципа распространения ультразвука в среде, можно сказать, что при постоянстве таких параметров, как давление, температура, плотность и влажность среды, скорость распространения ультразвука в ней является константой. Следовательно, если измерить время, необходимое ультразвуковым волнам для прохождения от места излучения до момента отражения от поверхности жидкости и их возвращения обратно, то можно рассчитать расстояние, пройденное ультразвуковыми волнами. Таким образом можно определить уровень жидкости. У ультразвуковых датчиков есть зоны слепоты, поэтому при их установке необходимо учитывать расстояние между местом размещения датчика и жидкостью, которая измеряется. Радиолокационный уровнемер работает в режиме излучение-отражение-прием. Антенна радиолокационного уровнемера излучает электромагнитные волны. Эти волны отражаются от поверхности объекта, который измеряется, после чего снова попадают на антенну. Время, за которое проходят электромагнитные волны от момента излучения до момента приема, пропорционально расстоянию до уровня жидкости. Формула выглядит следующим образом: D = C·T/2. Здесь D – это расстояние от радиолокационного уровнемера до уровня жидкости; C – скорость света; T – время прохождения электромагнитных волн. Радиолокационный уровнемер фиксирует время, за которое проходят импульсы, а поскольку скорость передачи электромагнитных волн является константой, можно рассчитать расстояние от уровня жидкости до антенны, тем самым определив уровень жидкости. На практике существуют два вида радиолокационных уровнемеров: с непрерывной частотной модуляцией и с импульсными волнами. Уровнемеры, использующие технологию частотно-модулированной непрерывной волны, имеют высокое энергопотребление, требуют использования четырехпроводной схемы, а их электронные схемы являются сложными. Уровнемеры, использующие технологию радиолокационных импульсов, имеют низкое энергопотребление; их можно питать от 24 В по двухпроводной схеме. Они обеспечивают высокую степень безопасности, точность измерений, а также имеют более широкий диапазон применения. У ультразвука используются звуковые волны, а у радара — электромагнитные волны; в этом и заключается главное отличие. К тому же способность ультразвука проникать сквозь материалы и его направленность значительно выше, чем у электромагнитных волн, и именно поэтому детекция с использованием ультразвука сегодня так популярна. Различия в основных сферах применения: 1. Диапазон измерений радара значительно больше, чем у ультразвука. 2. Радары бывают рупорного, стержневого и кабельного типов; по сравнению с ультразвуком они могут применяться в более сложных условиях. 3. Точность ультразвука ниже, чем у радара. 4. Относительная цена радара высока. 5. При использовании радара необходимо учитывать диэлектрическую проницаемость среды. 6. Ультразвук нельзя применять в условиях вакуума, при высоком содержании пара или при наличии пены на поверхности жидкости.