Niveaumåling med ultralyd eller radar?
Den teknologiske udvikling inden for ultralydsniveaumåling har skabt nye muligheder for applikationer og nøjagtige måleresultater. Forskellige faktorer afgør, om du skal vælge ultralyd eller radar.
Kigger man tilbage i tiden på de første ultralydsniveaumålere, var de fleste baseret på analog elektronik og besværlige at installere selv i de mest simple applikationer. De største udfordringer for disse sensorer var ofte falske ekkoer, som reflekterede fra stænger og rør, som styrkemæssigt ville overgå det ekko, man egentlig ledte efter fra vandoverfladen, og som dermed resulterede i fejlmålinger.
Trods ultralydsmåling har været tilgængelig i årtier, er det først efter massive investeringer i udvikling af teknologien, at ultralydsmåleren har vundet sin plads som en anerkendt metode til niveaumåling inden for spildevandsbranchen og andre industrier på det globale marked.
I dag ser man i flere lande pumpestationer, som bliver designet på baggrund af den avancerede teknologi, og ikke mindst de stigende krav til sikkerhed for målingerne, som er krævet af forsyningsselskaberne.
”Ultralydsniveaumålere er i dag gået fra blot at være en niveaumåler til at være et reelt værktøj til planlægning af service og udregning af totale omkostninger til eksempelvis pumpestationer samt til at monitere varigheden af hændelser ved eksempelvis overfaldskanter,” siger salgsingeniør hos Aquasense Kenneth Jakobsen.
Reduceret vedligehold
Ultralydsniveaumålere virker, ved at man aktiverer en piezoelektrisk krystal til at udsende en puls af ultralyd. Når pulsen af lyd rammer objekter foran sensoren, vil de sende et ekko tilbage, som vil genaktivere krystallen. Tiden, det tager for at modtage signalet igen, er relativt til afstanden til objektet, som reflekterede lyden. Nye udviklinger i teknologien gør det muligt at filtrere falske ekkoer fra, eksempelvis fra stationære objekter som rør og betonkanter, så det kun er det reelt ønskede ekko, der bliver målt. Denne udvikling har også medført, at det nu kun er meget få applikationer, hvor ultralydsteknologien ikke vil give et tilfredsstillende resultat.
”Den kontaktfri teknologi betyder, at der ikke er nogle bevægelige dele, hvilket er med til at reducere vedligehold til et minimum. Det har bidraget til at gøre ultralydsniveaumålere til en af de foretrukne niveaumålingsmetoder,” siger Kenneth Jakobsen.
I dag er ultralydssensorerne brugt i mange forskellige applikationer til blandt andet flowmåling med overfaldskant, kloakbrønde med vand, hvor der skal måles niveau, eller applikationer med pumpestyringer, differentiale målinger eller volumenmålinger i tanke.
Gennem årene er der opstået en masse myter og påstande omkring ultralydssensorerne, og en af de seneste i rækken er, at radarmåling er overlegen i forhold til ultralydsmåling. Denne myte skyldes hovedsageligt, at en radar har en fordel i visse typer af applikationer. Hvad der ikke bliver nævnt, er, at en kombination af udvikling inden for signalbehandling, samt udviklingen af lavvoltsensorer med kraftfuldt akustisk signal har medført, at man kan bruge ultralydssensorer i omtrent 95 procent af alle applikationer. Det betyder, at selv i applikationer med f.eks. turbulens og skum kan man gøre brug af ultralydssensorer.
Fordele ved ultralydssensorer
Ultralydsteknologien er en velafprøvet og anerkendt teknik, som er brugt i applikationer verden over og i mange forskellige industrier. Med en god ultralydssensor kan man forvente en sikker og pålidelig niveaumåling gang på gang.
Kravene til sensorerne er også blevet større med tiden, og på et specielt ét punkt er der sket en stor udvikling – mindre strømforbrug.
”I dag kan man få sensorer, som er ”loop-forsynet” fra batteridrevne dataloggere, så selv i applikationer, hvor der ikke er fast spændingsforsyning, kan man gøre brug af ultralydsniveaumålere uden hyppige batteriskift, som normalt ville have taget tid fra servicemedarbejderne,” siger Kenneth Jakobsen.
Ultralydsniveaumåleren er således velegnet til registrering af overløb på overfaldsbygværker, da den nemt og enkelt kan placeres i brønde, hvor der ikke tilgang til strøm.
Niveaumåling med radar
Som et alternativ til ultralydsniveaumålere er der igennem de seneste år kommet flere radarniveaumålere ud på markedet.
Kontaktfri radarteknologi består af to forskellige teknologier, puls- og frekvensmodulerende konstante bølger (FMCW). Begge teknologier virker ved at udsende radiofrekventerende energi og måle den tid, det tager for signalet at blive returneret fra et objekt med en markant højere dialektisk konstant end luft. Sagt på en anden måde – når bølgerne rammer et hårdt medie, bliver de returneret.
”Hovedforskellen imellem de to radarteknologier er, at en hvor en radarpuls bliver sendt ud og reflekteret fra de objekter, der ligger foran den, så virker en FMCW-radar ved konstant at udsende en række radiofrekventerende pulser i forskellige bølgelængder og måler, hvor hurtigt de bliver reflekteret tilbage til sensoren,” siger Kenneth Jakobsen.
FMCW-sensoren ændrer konstant frekvensen på bølgerne, som bliver sendt afsted, ifølge en matematisk formel, og dermed kan den nemt sammenligne de udsendte bølger med de modtagende returnerede signaler. Forskellen imellem det udsendte signal og det returnerede signal på samme tidspunkt kan bruges til at beregne tiden, det har taget for signalet at komme tilbage, og dermed give en præcis afstand til objekt, det er returneret fra.
FMCW-teknologien er mere præcis grundet den ofte smalle spredning i signalet og ofte stærkere signalstyrke.
Radar vs. ultralyd
Når man snakker niveaumåling og styring af niveauer, er der reelt set ikke nogen forskel på, om man bruger den ene teknologi eller den anden. Dét, der spiller den afgørende rolle, er, hvilken applikation sensoren skal bruges i. I de fleste tilfælde kan man som tommelfingerregel gå ud fra, at en ultralydsniveausensor kan dække behovet.
Det stærke signal, som man ofte nævner som en fordel for radaren, er relateret til den dialektisk konstant fra objektet, som returnerer signalet. Hvis mediet har en lav dialektisk konstant, men der sidder andre elementer i nærheden med en høj dialektisk konstant, vil det også kunne forårsage forstyrrelser og potentielt give fejlmålinger.
En ultralydsmåler kigger derimod kun fokuseret på overfladens egenskab til at reflektere lyden, og ikke hvad materialet er lavet af.
” I 95 procent af applikationer vil en ultralydsniveausensor kunne levere den præcise måling, der er brug for. I de fem procent, hvor en ultralydssensor ikke kan levere et tilfredsstillede resultat, kan man med fordel bruge en radar. Står man og skal til at lave en installation og ikke ved, om man er bedst stillet med en radar eller ultralydssensor, er det vigtigt, at man vælger en styring, som kan arbejde med begge teknologier,” siger Kenneth Jakobsen.
Hvornår er radar det bedste valg?
- Applikationer med høje temperaturer
I applikationer, hvor overfladen af vandet kan være opvarmet, kan der forekomme temperaturændringer fra overfalden af vandet og op til sensoren.
Temperaturforskelle vil ændre lydens hastighed og dermed have indflydelse på det signal, som ultralydssensorren udsender. Dette kan resultere i større unøjagtigheder i målingerne.
- Applikationer med akustisk støj
I nogle applikationer, som f.eks. lukkede metaltanke, kan der forekomme akustisk støj, som kan give falske ekkoer og dermed forstyrre signalet til sensoren. I disse applikationer kan en radar eliminere problemet.
- Applikationer med skum på overfladen
I applikationer med skum på overfladen vil en radar give en mere stabil måling i forhold til en ultralydssensor, som vil se et svagere signal returneret fra en overflade med skum.
Dette er fordi den bløde overflade i skummet vil absorbere en stor del af lyden, når den rammer skummet. Det er dog muligt at forbedre signalstyrken ved at bruge en ultralydssensor med en højere akustisk signalstyrke. Én ting, som ultralyd og radarteknologierne har tilfælles, er, at de ikke kan se igennem skummet ned til vandoverfladen.
- Niveaumåling til doseringsanlæg og i IBC-plasttanke
En klar fordel ved radaren er, at den kan ”se” igennem forskellige materialer.
Dette er specielt godt i applikationer, hvor man f.eks. doserer syre og andre kemikalier, som bliver leveret i IBC-tanke. Den lave dialektiske konstant i plastikbeholderen betyder, at radaren kan måle niveauet i tanken, uden at man behøver at lave huller i tanken.
- Applikationer under tryk eller med gasser
I applikationer under tryk og/eller med gas er det også et velkendt problem, at ultralydssensorer ikke måler nøjagtigt. Derfor kan man i disse applikationer også med fordel installere en radar.
