레벨은 산업 공정 모니터링에서 중요한 목표 매개변수 중 하나입니다. 다양한 탱크, 사일로, 수조 등의 연속 레벨 측정에서 현장 조건이 매우 다양하기 때문에 모든 작업 조건을 충족할 수 있는 레벨 계측기를 확보하기는 어렵습니다.
그중에서도 레이더식 및 초음파식 레벨 게이지는 비접촉식 측정 기기에서 널리 사용됩니다. 그렇다면 레이더식 레벨 게이지와 초음파식 레벨 게이지의 차이점은 무엇일까요? 이 두 가지 측정 방식의 원리는 무엇일까요? 레이더식 레벨 게이지와 초음파식 레벨 게이지의 장점은 무엇일까요?
첫째, 초음파 레벨 측정기
일반적으로 주파수가 20kHz 이상인 음파를 초음파라고 합니다. 초음파는 기계적 파동의 일종으로, 탄성 매질 내에서 기계적 진동이 전파되는 현상입니다. 초음파는 높은 주파수, 짧은 파장, 작은 회절 현상, 그리고 우수한 지향성을 특징으로 하며, 광선처럼 특정 방향으로 전파될 수 있습니다.
초음파는 액체와 고체에서 감쇠가 매우 작기 때문에 투과력이 강하며, 특히 불투명한 고체에서는 수십 미터까지 투과할 수 있습니다. 불순물이나 계면을 만나면 상당한 반사가 발생하는데, 초음파 레벨 측정은 바로 이러한 특성을 이용하는 것입니다.
초음파 탐지 기술에서는 어떤 종류의 초음파 기기든 전기 에너지를 초음파 방출로 변환한 다음 다시 전기 신호로 변환하여 수신해야 합니다. 이러한 기능을 수행하는 장치를 초음파 변환기 또는 프로브라고 합니다.
작동 시, 초음파 변환기는 측정 대상 위에 위치하며 초음파를 아래쪽으로 방출합니다. 초음파는 공기 매질을 통과하다가 측정 대상 표면에 부딪혀 반사되고, 변환기에 수신되어 전기 신호로 변환됩니다. 전자 검출부는 이 신호를 감지한 후 레벨 신호로 변환하여 표시 및 출력합니다.
두 번째, 레이더 레벨 측정기
레이더식 레벨 측정기의 작동 방식은 초음파식 레벨 측정기와 동일하며, 송신-반사-수신 방식을 사용합니다. 차이점은 레이더식 초음파식 레벨 측정기는 주로 초음파 변환기를 이용하여 측정하는 반면, 레이더식 레벨 측정기는 고주파 헤드와 안테나를 이용하여 측정한다는 점입니다.
초음파 레벨 측정기는 기계적 파동을 이용하는 반면, 레이더 레벨 측정기는 초고주파(수 기가헤르츠에서 수십 기가헤르츠) 전자기파를 이용합니다. 전자기파는 빛의 속도로 이동하며, 이 이동 시간은 전자 부품을 통해 레벨 신호로 변환될 수 있습니다.
또 다른 일반적인 레이더식 레벨 측정기는 유도파 레이더식 레벨 측정기입니다.
유도파 레이더 레벨 미터는 시간 영역 반사 측정법(TDR) 원리를 기반으로 하는 레이더 레벨 미터입니다. 레이더 레벨 미터의 전자기 펄스는 강철 케이블 또는 프로브를 따라 빛의 속도로 전파됩니다. 측정 대상 표면에 도달하면 펄스의 일부가 반사되어 에코를 형성하고 동일한 경로를 따라 펄스 발사 장치로 되돌아옵니다. 송신기와 측정 대상 표면 사이의 거리는 펄스의 전파 시간에 비례하며, 이 시간 동안 액체 레벨 높이가 계산됩니다.
셋째, 레이더식 및 초음파식 레벨 측정기의 장점과 단점
1. 초음파의 정확도는 레이더만큼 좋지 않습니다.
2. 주파수와 안테나 크기의 관계 때문에 주파수가 높은 레이더 레벨 측정기는 크기가 작고 설치가 더 용이합니다.
3. 레이더 주파수가 높을수록 파장이 짧아지고, 경사진 고체 표면에서 반사가 더 잘 일어납니다.
4. 레이더 측정 사각지대는 초음파 측정 사각지대보다 작습니다.
5. 레이더 주파수가 높을수록 레이더 빔 각도가 작아지고 에너지가 집중되어 반사 능력이 향상되며 간섭을 피하는 데 도움이 됩니다.
6. 기계적 파동을 사용하는 초음파 레벨 측정기와 비교했을 때, 레이더는 기본적으로 진공, 공기 중의 수증기, 먼지(흑연, 페로합금 및 기타 고유전율 먼지 제외), 온도 및 압력 변화의 영향을 받지 않습니다.
게시 시간: 2023년 9월 18일