Kompletny przewodnik po metodach pomiaru poziomu: ciśnienie statyczne, ultradźwięki, radar i optyka

Pomiar poziomu jest krytycznym parametrem w branżach od uzdatniania wody po petrochemię. Różne procesy, media i środowiska wymagają różnych technologii czujników. Tutaj porównujemy cztery powszechnie stosowane metody pomiaru poziomu — ich zasady działania, zalety, ograniczenia i idealne scenariusze zastosowań — abyś mógł dokonać świadomego wyboru.

Pomiar poziomu ciśnienia statycznego (hydrostatycznego)

Zasada Opiera się na ciśnieniu hydrostatycznym wywieranym przez słup cieczy:

Ciśnienie na danej głębokości = Gęstość cieczy × Przyspieszenie grawitacyjne × Wysokość cieczy.

Przetwornik ciśnienia na dnie zbiornika mierzy to ciśnienie, które następnie jest konwertowane na poziom.

Zalety

• Prosty, ekonomiczny i sprawdzony
• Działa w różnych kształtach zbiorników
• Wysoka dokładność dla czystych cieczy

Ograniczenia

• Wymaga znajomości gęstości płynu (zmiany gęstości wpływają na dokładność)
• Niezbyt idealny dla ciał stałych lub zawiesin o zmiennej gęstości
• Czujnik musi mieć kontakt z medium procesowym

Typowe zastosowania

• Zbiorniki na wodę, zbiorniki chemiczne, doły ściekowe

Ultrasoniczny pomiar poziomu

Zasada Wykorzystuje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości:

• Przetwornik emituje impuls ultradźwiękowy w kierunku powierzchni cieczy.
• Mierzony jest czas powrotu echa i przeliczany na odległość/poziom.

Zalety

• Pomiar bezkontaktowy
• Brak ruchomych części → niskie koszty utrzymania
• Działa z większością cieczy i niektórymi ciałami stałymi

Ograniczenia

• Na dokładność wpływa piana, opary, pył, turbulencje i temperatura
• Wymaga wolnej drogi między przetwornikiem a powierzchnią

Typowe zastosowania

• Zbiorniki do uzdatniania wody, silosy na zboże, zbiorniki w przemyśle spożywczym

Radarowy (mikrofalowy) pomiar poziomu

Zasada Wykorzystuje fale elektromagnetyczne (mikrofalowe):

• Antena radarowa emituje impulsy w kierunku powierzchni produktu.
• Sygnały odbite są mierzone w celu obliczenia poziomu.

Dwa główne typy: Impulsowy i FMCW (fala ciągła modulowana częstotliwością) radar.

Zalety

• Bezkontaktowy, niewrażliwy na temperaturę, ciśnienie, opary lub pył
• Bardzo wysoka dokładność
• Działa w trudnych warunkach (para, piana, wysokie ciśnienie)

Ograniczenia

• Wyższy koszt początkowy
• Wymaga prawidłowego doboru i instalacji anteny

Typowe zastosowania

• Zbiorniki magazynowe ropy i gazu, reaktory chemiczne, kotły wysokociśnieniowe

Optyczny (laserowy lub fotoniczny) pomiar poziomu

Zasada Dwa główne podejścia:

• Pomiar odległości laserowej: wysyła wiązkę lasera na powierzchnię i mierzy czas odbicia.
• Optyczne czujniki punktowe: wykrywają obecność/brak cieczy za pomocą załamania światła.

Zalety

• Ekstremalnie szybka reakcja
• Wysoka precyzja dla niektórych zastosowań
• Dostępne opcje bezkontaktowe

Ograniczenia

• Systemy laserowe mogą być drogie
• Optyczne czujniki punktowe mierzą tylko w jednym punkcie poziomu
• Na wydajność wpływa przezroczystość, kolor lub odbicie powierzchni

Typowe zastosowania

• Precyzyjny pomiar zbiorników, linie pakowania, płyny półprzewodnikowe

Porównanie obok siebie

Logika wyboru

1. Ciecze o stabilnej gęstości, przyjazne dla budżetu → Ciśnienie statyczne
2. Bezkontaktowy dla czystych zbiorników → Ultrasoniczny
3. Wymagające środowisko przemysłowe, najwyższa dokładność → Radar
4. Szybkie, precyzyjne wykrywanie lub precyzyjny pomiar odległości → Optyczny

Ostateczne podsumowanie Nie ma „jednego rozmiaru dla wszystkich” w pomiarze poziomu. Twój najlepszy wybór równoważy warunki procesowe, wymagania dotyczące dokładności, ograniczenia instalacyjne i budżet. Zrozumienie, jak działa każda technologia — oraz jej mocne i słabe strony — to pierwszy krok do niezawodnej, długoterminowej wydajności.