Tutkapintamittareiden ja ultraäänipintamittareiden vertailu

I. Toimintaperiaatteiden erot

• Tutkapintamittarit: Lähettävät korkeataajuisia sähkömagneettisia aaltoja (tyypillisesti 6 GHz, 26 GHz tai 80 GHz). Aallot heijastuvat väliaineen pinnasta, ja mittari laskee nestepinnan lähetyksen ja vastaanoton välisen aikaeron perusteella.

• Ultraäänitasomittarit: Lähettävät ultraääniaaltoja (taajuus yleensä 20 kHz–200 kHz). Ääniaallot heijastuvat väliaineen pinnasta, ja taso määritetään lähetyksen ja vastaanoton välisen aikaeron avulla.

II. Etujen vertailu

Tutkatason mittareiden edut

1. Immuniteetti ympäristön vaikutuksille

• Sähkömagneettisten aaltojen etenemiseen eivät juurikaan vaikuta ilman kosteus, lämpötila, paine, pöly tai höyry. Ne säilyttävät vakauden ankarissa ympäristöissä, kuten pölyisissä sementtisiiloissa, höyrypitoisissa keittosäiliöissä tai syövyttäviä kaasuja sisältävissä ympäristöissä.

• Esimerkki: Lannoitetehtaiden ammoniakkisäiliöissä ammoniakki vaimentaa helposti ultraäänisignaaleja, mutta tutka toimii normaalisti.

2. Laajempi valikoima sovellettavia väliaineita

• Soveltuu korkean viskositeetin omaavien, haihtuvien tai erittäin syövyttävien väliaineiden (esim. raakaöljyn, happo-emäsliuosten) sekä kiinteiden hiukkasten (esim. kivihiilen, malmin) ja vaahtoavien nesteiden mittaamiseen.

• Ei huolta ääniaaltojen absorptiosta väliaineessa (yleinen ongelma ultraäänimittareissa, joissa käytetään korkean viskositeetin nesteitä).

3. Pidempi mittausetäisyys ja suurempi tarkkuus

• Tyypillinen alue: 0,1–100 m (joissakin malleissa jopa 200 m). Mittaustarkkuus on yleensä ±0,1 % FS (täysi asteikko), ja korkeataajuustutkalla (esim. 80 GHz) saavutetaan tarkempi mittaustarkkuus.

• Ultraäänimittareiden suurin mittausalue on tyypillisesti 0,1–10 m ja tarkkuus ±0,5 % FS, virheiden kasvaessa pidemmillä etäisyyksillä.

4. Vahvempi häiriöidenestokyky

• Mekaaninen tärinä tai sähkömagneettiset häiriöt eivät vaikuta niihin, minkä ansiosta ne sopivat erinomaisesti teollisuusalueille, joissa on tiheästi asennettuja moottoreita, pumppuja tai muita laitteita.

Ultraäänipinnan mittauslaitteiden edut

1. Alhaisemmat kustannukset

• Yksinkertaisempi teknologia johtaa alhaisempiin valmistuskustannuksiin, mikä tekee niistä sopivia budjettirajoitteisiin skenaarioihin, joissa on perusmittausvaatimukset (esim. tavalliset vesisäiliöt, puhtaan veden varastosäiliöt).

2. Helpompi asennus ja virheenkorjaus

• Ei monimutkaista parametrien konfigurointia (toisin kuin tutka, joka vaatii keskipitkän dielektrisen vakion asettamisen). Käyttö ja huolto vaativat vähemmän taitoa.

3. Parempi yhteensopivuus ei-metallisten astioiden kanssa

• Muovi-, lasi- tai muiden ei-metallisten astioiden tapauksessa ultraääniaallot voivat mitata astian seinämän läpi (seinäasennuksessa), kun taas tutkan tarkkuus voi olla ongelmallista astian seinämän heijastusten vuoksi.

III. Haittojen vertailu

Tutkatason mittareiden haitat

1. Korkeammat kustannukset

• Hankintakustannukset ovat tyypillisesti 3–10 kertaa ultraäänimittareihin verrattuna, joten ne eivät sovellu edullisiin, laaja-alaisiin ja yksinkertaisiin mittausskenaarioihin.

2. Tiukat asennusvaatimukset

• Säiliöiden sisällä olevat esteet, kuten sekoittimet tai tikkaat, voivat häiritä sähkömagneettisia aaltoja, mikä vaatii tarkkaa kalibrointia sokeiden alueiden välttämiseksi. Asennuksen on oltava kaukana säiliön seinistä heijastushäiriöiden estämiseksi.

• Alhaisen dielektrisyysvakion omaavien väliaineiden (esim. bensiinin, nesteytetyn kaasun) kohdalla heikot heijastussignaalit saattavat edellyttää erikoismalleja (esim. ohjatun aallon tutkaa).

3. Suurempi ylläpidon monimutkaisuus

• Vianmääritys vaatii ammattitaitoa. Esimerkiksi öljyyn tai likaantuneet korkeataajuiset tutka-antennit heikentävät signaalin heijastumista ja vaativat säännöllistä puhdistusta.

Ultraäänipinnan mittareiden haitat

1. Alttius ympäristötekijöille

• Ilman kosteus, lämpötila, pöly tai höyry vaimentavat ääniaaltoja helposti. Mittausvirheet lisääntyvät tai epäonnistuvat kokonaan korkeassa kosteudessa (esim. paperitehtaissa), pölyisissä (esim. kaivossiiloissa) tai korkeassa lämpötilassa (>60 ℃).

• Esimerkki: Kattilan höyryputkien lähellä ultraäänisignaalit häiriintyvät vakavasti, mutta tutka pysyy toimintakunnossa.

2. Rajoitetusti sovellettavat välineet

• Ei sovellu korkean viskositeetin, haihtuvien tai kuplia sisältävien nesteiden (esim. asfaltin, oluen käymisliemen) mittaamiseen ääniaaltojen absorption tai sironnan vuoksi. Ei sovellu myöskään kiinteille hiukkasille (alttiita ääniaaltojen sironnalle).

3. Rajoitettu alue ja tarkkuus

• Suurin kantama on yleensä <10 m, ja tarkkuus heikkenee etäisyyden kasvaessa. Alhaisilla etäisyyksillä (<0,5 m) tehdyt mittaukset ovat alttiita sokean alueen häiriöille.

IV. Yhteenveto sovellettavista skenaarioista

​

V. Johtopäätös

• Tutkapintamittarit soveltuvat erinomaisesti monimutkaisiin käyttöolosuhteisiin (ankarat ympäristöt, erikoisaineet, pitkät etäisyydet), mutta niillä on korkeammat kustannukset ja tiukemmat asennus-/huoltovaatimukset.

• Ultraäänipintamittarit sopivat yksinkertaisiin tilanteisiin (normaali lämpötila, puhtaat ympäristöt, lyhyet etäisyydet) alhaisemmilla kustannuksilla ja helpommilla käyttöominaisuuksilla, mutta niiden häiriönsietokyky on heikompi.

Valinnan tulisi perustua todellisiin olosuhteisiin (ympäristö, väliaine, alue, budjetti), ja tarvittaessa suositellaan paikan päällä tehtäviä testejä soveltuvuuden varmistamiseksi.