سطح سنج (لول ترانسمیتر) راداری

استفاده از امواج الکترومغناطیسی با این فرکانس بالا در جو به علت محدودیت‌های مقررات فرکانس و مجوزهای لازم ممنوع است. مخازن فلزی مانند یک قفس فاراده عمل کرده و امواج الکترومغناطیسی را مسدود می‌کنند. اما اگر مخزن فلزی نباشد، می‌توان از ترانسمیترهایی با فرکانس ۲.۴ و ۵.۸ گیگاهرتز استفاده کرد که برای وای‌فای و سایر اهداف بدون نیاز به مجوز هستند. رایج‌ترین فرکانس‌ها برای ترانسمیترهای لول ترانسمیتر راداری در مخازن فلزی ۶، ۱۰ و ۲۶ گیگاهرتز است.

نحوه عملکرد لول ترانسمیتر راداری

ترانسمیتر سطح سنج راداری، سطح سیال را با اندازه‌گیری فاصله بین سنسور و سطح سیال و بر اساس زمان رفت و برگشت امواج الکترومغناطیسی (مایکروویو) محاسبه می‌کند. به این صورت که با ارسال موج مایکروویو به سمت سیال و دریافت بازتاب آن، زمان رفت و برگشت موج و همچنین فرکانس برگشتی بررسی می‌شود و از روی این داده‌ها سطح سیال اندازه‌گیری می‌شود.

اما سوالی که پیش می‌آید این است:

• آیا تمام اجسام بازتاب موج یکسانی دارند؟

پاسخ: خیر. هر ماده بازتاب موج متفاوتی دارد که به آن ضریب گذردهی یا ثابت دی‌الکتریک  (Ꜫᵣ)می‌گویند. در واقع، هر ماده ضریب گذردهی خاص خود را دارد. امواج الکترومغناطیسی مایکروویو از سطح موادی یا سیالاتی که ضریب گذردهی آن‌ها > 1.8 Ꜫᵣ باشد، بازتاب می‌شوند و نمی‌توانند در آن‌ها نفوذ کنند.

لول ترانسمیتر راداری یا همان radar level transmitter  پس از دریافت موج بازتاب‌شده (سیگنال اکو)، زمان مورد نیاز برای رفت و برگشت موج (زمان پرواز) را محاسبه می‌کند. این زمان بر سرعت انتشار موج (سرعت نور) تقسیم می‌شود و سپس فاصله بین سنسور و سطح مایع محاسبه می‌گردد.

ضریب گذردهی (ثابت دی‌الکتریک) مواد مختلف که امواج مایکروویو به آن‌ها نفوذ نمی‌کنند به شرح زیر است:

• مواد شیمیایی و هیدروکربنی: < 4 Ꜫᵣ 1.9 <
• حلال های آلی: < 10 Ꜫᵣ 4 <
• محلول های آلی: > 10 Ꜫᵣ

** برای جلوگیری از خطا در سنجش سطح با استفاده از ترانسمیتر سطح راداری بایدبه عواملی مانند حباب (کف) و فاضلاب روی مایع و انعکاس موج (سیگنال) از روی آن توجه کرد.

انواع ترانسمیتر سطح سنج راداری

• ترانسمیتر سطح راداری تماسی (Contact )
• لول ترانسمیتر راداری غیر تماسی ( Non-Contact )

لول ترانسمیتر راداری تماسی

عملکرد ترانسمیتر سطح سنج راداری تماسی به این صورت است که برای انتقال موج (سیگنال) به سیال از یک کابل (Rod) استفاده می‌کند. امواج با فرکانس 1 گیگاهرتز از طریق کابل و با سرعت نور به درون مخزن سیال ارسال می‌شوند و سپس فرکانس امواج برگشتی مورد بررسی قرار می‌گیرد. شدت امواج منعکس‌شده به ضریب گذردهی (ثابت دی‌الکتریک) مواد بستگی دارد. هرچه ضریب گذردهی بزرگ‌تر باشد، فرکانس امواج برگشتی نیز بیشتر خواهد بود.

این لول ترانسمیتر راداری یا radar level transmitter، با توجه به ویژگی‌های دی‌الکتریک سیال، دقت بالایی در اندازه‌گیری سطح ارائه می‌دهد و به‌ویژه در محیط‌هایی با شرایط سخت نیز کارآمد است.

نحوه محاسبه ترانسمیتر سطح راداری

این ترانسمیتر ها جهت محاسبه سیال از 2 روش استفاده میکنند.

روش اول که از تکنولوژی زمان پرواز  TDR ( Time Domain Reflectometry) برای اندازه گیری سطح استفاده میکند. به این نوع از لول ترانسمیتر راداری گاید، GWR (Guided Wave Radar) میگویند. این نوع متداول ترین و پرکاربرد ترین ترانسمیتر سطح سنح در صنعت میباشد. این ترانسمیتر ها میتوانند سطح واسط (Interface) بین چند سیال را محاسبه کنند.فقط برای اندازه گیری سطح رابط مایع-مایع باید ضریب گذردهی مایع ها متفاوت و تفاوت بین آن ها بیش از 10 میلیمتر باشد.

روش دوم در اندازه‌گیری سطح در ترانسمیترهای راداری تماسی (Phase Difference Sensor) از اندازه‌گیری اختلاف فاز سیگنال‌های رفت و برگشتی برای اندازه‌گیری سطح مایع استفاده می‌کند. در این روش اختلاف فاز یا PDS، امواج با فرکانس بالا از طریق یک کابل به درون سیال ارسال می‌شوند. زمانی که موج به سطح سیال می‌رسد، فرکانس آن به دلیل تغییر ناگهانی در امپدانس سنسور در سطح سیال تغییر می‌کند. این لول ترانسمیتر راداری با اندازه‌گیری اختلاف فاز بین سیگنال‌های ارسالی و دریافتی، فاصله بین سنسور و سطح سیال را محاسبه کرده و از این طریق سطح سیال را اندازه‌گیری می‌کند.

توجه داشته باشید که ممکن است به دلیل تبخیر مایعات، بخاراتی ایجاد شود. اگر ضریب گذردهی (ثابت دی‌الکتریک) بخار بالا باشد، امکان دارد امواج در برخورد با ذرات بخار منعکس شوند یا باعث تأخیر در سیگنال‌های برگشتی شوند که این امر ممکن است منجر به ایجاد خطا در اندازه‌گیری شود.

برای استفاده از این نوع ترانسمیترها (تماسی)، داشتن برخی اطلاعات الزامی است:

1. ضریب گذردهی مواد را بررسی کنید.
2. محدوده دما و فشار را مشخص کنید.
3. سیال از نظر خورندگی بررسی شود.
4. ارتفاع اندازه‌گیری تعیین گردد.
5. مشخص کنید که آیا مانعی در مخزن وجود دارد.
6. از نظر طبقه‌بندی خطر مناطق، محل قرارگیری ترانسمیتر مشخص شود.

سطح سنج راداری غیرتماسی

ترانسمیترهای سطح سنج راداری از نوع غیرتماسی جهت ارسال سیگنال به سطح سیال از یک آنتن استفاده می‌کنند و در واقع هیچ نوع تماس مستقیمی با سیال ندارند. این ترانسمیترها به دو نوع پالسی و FMCW تقسیم می‌شوند که به طور مجزا با آن‌ها آشنا خواهیم شد.

هر دو نوع ترانسمیتر های سطح راداری غیر تماسی از تکنولوژی زمان پرواز استفاده میکنند.آنتن این نوع از ترانسمیتر ها امواج مایکروویو را به سطح سیال ارسال میکنند و سپس با محاسبه زمان تاخیر دریافت امواج اکو شده (بازگشتی) از سطح سیال، ارتفاع سیال درون مخزن را اندازه گیری میکنند.

**این نوع ترانسمیتر قادر به تشخیص سطح رابط مایع-مایع (Interface) نمیباشد.

در ترانسمیتر های سطح سنج غیر تماسی با روش پالسی، فرستنده پالس امواج مایکروویو را به صورت پیوسته به سطح سیال ارسال میکند و این پالس ها پس از برخورد به سطح سیال منعکس میشوند. حال مانند روش های قبل از طریق زمان دریافت پالس منعکس شده  ، فاصله بین سطح سیال و سنسور بدست می آید و در نتیجه ارتفاع سطح سیال  محاسبه میشود. سیالاتی که رسانایی بالایی دارند پالس های  قوی تری منعکس میکنند و سیالات با رسانایی کم این امواج را جذب کرده و یک پالس ضعیف منعکس میشود. برای سیالات با رسانایی ضعیف این ترانسمیتر مناسب نیست.

در ترانسمیتر سطح سنج غیر تماسی با روش FMCW (Frequency Modulated Carrier Wave) یک سیگنال Sweept به سمت سطح سیال ارسال و سیگنالی با فرکانس متفاوت دریافت میگردد.