ترانسمیتر سطح راداری یا ترانسمیتر راداری چیست ؟

اندازه گیری سطح مخازن با استفاده از ترانسمیتر های راداری یکی از روش های دقیق سنجش سطح مخازن در صنعت می باشد.

نحوه عملکرد لول ترانسمیتر راداری

این ترانسمیتر بر اساس مدت زمان رفت و برگشت موج ارسالی عمل می نماید.

موج ارسالی یک موج رادیویی می باشد. امواج رادیویی از خانواده امواج الکترو مغناطیس می باشند و رنج فرکانس بالایی در محدوده گیگا هرتز (۸/۵  تا ۲۶ گیگا هرتز) دارند. این نوع از ترانسمیتر در بالاترین نقطه ارتفاعی مخزن نصب می گردد و امواج از طریق آنتن دستگاه به سوی سیال ارسال می گردد. پس ملاحظه می فرمایید که این ترانسمیتر به شیوه غیر تماسی کار می کند و لذا ویژگی های فرآیندی سیال نظیر چگالی ، چسبندگی و یا هدایت الکتریکی هیچ تاثیری روی دقت و عملکرد این ترانسمیتر نخواهد داشت.

لازم به توضیح است که هر سیالی دارای یک ضریب گذر دهی (ضریب ثابت دی الکتریک) امواج می باشد که با نماد ε معرفی می گردد.

اگر برای یک سیال این ضریب کوچک‌تر از عدد ۱.۸ باشد امواج الکترو مغناطیس از آن عبور می کند و چنانچه این عدد از ۱.۸ بزرگتر باشد ، امواج از سطح سیال بازتاب می گردد. در هگام برگشت امواج از سطح سیال دچار تغییر فرکانس می گردد و با استفاده از همین امر می توان نسبت به سنجش سطح سیال با دقت بسیار بالا اقدام نمود.

شایان ذکر است که ضریب گذر دهی برای سیال های مختلف متفاوت می باشد.

بعنوان مثال برای مواد های شیمیایی و هیدروکربنی این ضریب بین ۱.۹ تا ۴ می باشد. برای حلال های آلی این ضریب بین اعداد ۴ و ۱۰ بوده و برای محلول های آلی بیشتر از عدد ۱۰ می باشد.

یکی از نکات قابل ذکر این است که دامنه امواج بازگشتی به ثابت دی الکتریک سیال منعکس کننده امواج بستگی دارد. هر چقدر ثابت دی الکتریک سیال بزرگتر باشد ، دامنه امواج بازتاب شده نیز بزرگتر خواهد بود.

ترانسمیترهای سطح راداری جزو تجهیزات اندازه گیری پیوسته می باشند و متناسب با تغییر سطح سیال داخل مخزن ، یک خروجی آنالوگ ارسال می نماید.

انواع لول ترانسمیتر راداری

ترانسمیتر سطح راداری به دو دسته تقسیم می گردند :

نوع غیرتماسی (Air  Firing)

نوع تماسی (Guided  Wave  Radar)

در نوع غیرتماسی هیچ تماس مستقیمی بین ترانسمیتر و سیال فرآیند وجود ندارد و امواج از طریق یک فرستنده به سمت سیال ارسال می گردد.

پس از برخورد امواج به سطح سیال ، یک بازتاب خواهیم داشت که به آنتن ترانسمیتر منتقل می گردد. موج دریافت شده توسط آنتن به گیرنده منتقل می گردد و بر اساس زمان بین ارسال پالس و دریافت موج بازتابی محاسبه ارتفاع سطح سیال انجام می گردد.

در ترانسمیترهای غیر تماسی ارسال امواج به دو صورت موج پیوسته مدوله شده فرکانسی (FMCW) و پالسی ارسال می گردند. هر دو ترانسمیتر غیر تماسی از تکنولوژی زمان پرواز (Time  of  Flight) برای تشخیص سطح استفاده می نمایند. ترانسمیتر های غیر تماسی قادر به تشخیص فاصله بین سیالات نیستند.

ترانسمیتر سطح را داری غیر تماسی با فرکانس مدوله شده

در این نوع از ترانسمیتر یک سیگنال که در آن فرکانس به صورت پیوسته از کم به زیاد و بلعکس تغییر می کند به سوی سطح سیال ارسال می گردد. این موج پس از برخورد با سطح سیال با فرکانس متفاوت بازتاب شده و توسط گیرنده دریافت می شود.

فاصله بین ترانسمیتر و سطح سیال و ارتفاع سیال در مخزن را می توان از روی این اختلاف فرکانس محاسبه نمود. این نوع از ترانسمیتر دارای دقت بالا تا ۲ میلی‌متر و امکان اندازه گیری تا ۷۰ متر می باشد.

ترانسمیتر سطح راداری غیر تماس پالس

روش کار در این نوع از ترانسمیتر به این صورت می باشد که یک قطار پالس امواج مایکرو ویو به سمت سیال ارسال می گردد. به ازای بازه های ارسال موج یک نانو ثانیه، یک توقف ۵۰۰ نانو ثانیه خواهیم داشت. بر اساس زمان دریافت پالس ، مسافت بین ترانسمیتر و سطح سیال و متعاقبا ارتفاع سیال در مخزن قابل محاسبه می باشد.

سیالات با هدایت بالا سیگنال های قوی تری را بازتاب می دهند و سیالات با هدایت پایین انرژی امواج را جذب کرده و یک سیگنال ضعیف را منعکس می نمایند. برای سیالات با هدایت الکتریکی پایین ترانسمیترهای مدوله شده (FMCW) در مقایسه با نوع پالس عملکرد بهتر و دقیق تری دارند.

ترانسمیتر سطح راداری تماس Guided  wave Radar  

در این نوع از  ترانسمیتر از طریق یک میله یا کابل ، سیگنال به درون مخزن منتقل می گردد.

پالس های تولید شده با فرکانس بالا و دامنه پایین توسط میله یا کابل به داخل سیال ارسال شده و سپس دامنه امواج بازتاب شده مورد بررسی قرار می گیرد. دامنه موج بازتاب شده به ثابت دی الکتریک سیال وابسته می باشد.

متناسب با بزرگی ثابت دی الکتریک ، دامنه امواج منعکس شده بزرگتر می باشد.

انواع آنتن های ترانسمیتر سطح

برای ارسال و دریافت امواج در ترانسمیتر سطح از آنتن استفاده می گردد. بین سایز آنتن و فرکانس امواج یک تناسب وجود دارد. گین آنتن با افزایش سایز آنتن افزایش می یابد.

جهار نوع آنتن در کل وجود دارد که عبارتند از آنتن پارابولیک ، شیپوری ، میله ای و پلنر

در سه نوع آنتن اول ، ارسال و دریافت امواج از یک نقطه انجام می گیرد.

مقایسه آنتن ها با یکدیگر

آنتن میله ای یک ترانسمیتر تماسی  است که با سیال در تماس مستقیم می باشد.

سه نوع آنتن دیگر غیر تماسی می باشند.

بالاترین گین مربوط به آنتن پارا بولیک  و کمترین گین مربوط به آنتن میله ای می باشد.

آنتن های پارابولیک می توانند امواج را متمرکز نمایند و برای سیالات با ویسکوزیته بالا و نیز استفاده در سیلوهای مواد جامد مانند گندم یا سیال مورد استفاده می باشند.

آنتن شیپوری بیشتر برای نفت و مشتقات نفتی کاربرد دارند.

پر کاربردترین نوع آنتن ، نوع شیپوری می باشد.

فرکانس های متداول ترانسمیتر سطح را داری

متداول ترین فرکانس استفاده شده در ترانسمیتر راداری در مخزن های فلزی فرکانس های ۶ و ۱۰ و ۲۶ گیگا هرتز بوده و در مخازن غیر فلزی فرکانس ۲.۴ و ۵.۸ گیگا هرتز می باشد.

مزایای لول ترانسمیتر راداری

• عدم تاثیر بخار ، گردو غبار ، چگالی ، چسبندگی روی عملکرد ترانسمیتر
• قابلیت تحمل دمای بالاتر تا محدوده ۵۰۰ درجه سانتی گراد
• سنجش سطح به دما و فشار داخل مخزن وابسته نمی باشد و قادر به اندازه گیری تا ارتفاع ۷۰ متر می باشد
• این نوع از ترانسمیتر برای اندازه گیری سطوح انواع مایعات ، جامدات و دوغاب ها مناسب می باشند
• تعمییر و نگهداری آنها کمتر از سایر ترانسمیترها می باشد و استهلاک کمتری دارند

معایب لول ترانسمیتر راداری

• قیمت این دستگاه در مقایسه با سایر انواع ترانسمیتر سطح گران‌تر می باشد
• امکان نصب فقط در قسمت بالای مخزن می باشد
• محدودیت در عملکرد در فشار های بسیار بالا

کاربرد ترانسمیتر سطح راداری در صنعت

• صنعت فولاد
• صنعت سیمان
• نیروگاه
• پالایشگاه ها