เปรียบเทียบเรดาร์, อัลตราโซนิก, ไฮโดรสแตติก, แมกเนติก และสวิตช์ระดับ: ความแม่นยำ, ข้อจำกัด, ต้นทุน รับคำปรึกษาฟรีจากวิศวกร WELK ได้แล้ววันนี้
เทคโนโลยีการวัดระดับคือระบบเซนเซอร์ที่ใช้เพื่อกำหนดความสูงหรือปริมาณของวัสดุ — ไม่ว่าจะเป็นของเหลว, สลัดจ์ หรือวัสดุแข็งมวลรวม — ภายในถัง, ไซโล หรือภาชนะบรรจุ โดยมี 5 ตระกูลหลัก ได้แก่ เรดาร์ (FMCW แบบไม่สัมผัส), อัลตราโซนิก, ไฮโดรสแตติก (แบบจุ่ม), เกจวัดระดับแบบแม่เหล็กพร้อมทรานสมิตเตอร์แบบ magnetostrictive และสวิตช์ระดับแบบจุด ซึ่งมีประสิทธิภาพการทำงานจริงที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน: ทรานสมิตเตอร์แบบ magnetostrictive มีความแม่นยำประมาณ ±1 mm, เรดาร์ FMCW 80 GHz ให้ความแม่นยำ ±2 mm, เซนเซอร์อัลตราโซนิกให้ความแม่นยำประมาณ ±3-5 mm พร้อมระยะบอด (blind zone) 0.2-0.3 m ใกล้หน้าเซนเซอร์ และทรานสมิตเตอร์แบบไฮโดรสแตติกทำงานที่ความแม่นยำประมาณ 0.5% ของย่านการวัดเต็ม สวิตช์ระดับแบบส้อมเสียงสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของวัสดุได้ในเวลาไม่ถึงหนึ่งวินาที คู่มือนี้จะเปรียบเทียบแต่ละเทคโนโลยีในด้านความแม่นยำ, ความเหมาะสม, ข้อจำกัด และต้นทุน เพื่อให้ผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อหรือวิศวกรกระบวนการสามารถคัดเลือกเครื่องมือที่เหมาะสมสำหรับถัง, ไซโล หรือภาชนะบรรจุที่เฉพาะเจาะจงได้
การวัดระดับตอบคำถามด้านการดำเนินงานเพียงข้อเดียวคือ: มีวัสดุอยู่ในภาชนะนี้มากน้อยเพียงใดในขณะนี้? คำตอบอาจเป็นแบบต่อเนื่อง (ค่าระดับแบบเรียลไทม์ ใช้สำหรับการจัดการสต็อก, การเติมสาร หรือการควบคุมกระบวนการ) หรือแบบจุด (สัญญาณแยกส่วน สูง, ต่ำ หรือสัญญาณการตรวจพบวัสดุ ใช้สำหรับการแจ้งเตือน, อินเตอร์ล็อก และการป้องกันการเติมล้น) ทุกโรงงานที่มีการจัดเก็บหรือแปรรูปของเหลวหรือวัสดุแข็งมวลรวมจำเป็นต้องมีฟังก์ชันอย่างน้อยหนึ่งในสองอย่างนี้ — และถังจำนวนมากจำเป็นต้องมีทั้งคู่
การเลือกเทคโนโลยีไม่ใช่การเลือกเครื่องมือที่ "ดีที่สุด" ในเชิงนามธรรม แต่เป็นการจับคู่หลักการตรวจวัดให้เข้ากับวัสดุ, รูปทรงของถังบรรจุ, สภาวะของกระบวนการ และเอาต์พุตที่ต้องการ เซนเซอร์ที่ทำงานได้อย่างไร้ที่ติในบ่อพักน้ำอาจล้มเหลวภายในหนึ่งสัปดาห์ในไซโลซีเมนต์ที่มีฝุ่นฟุ้งกระจาย ส่วนต่างๆ ด้านล่างนี้จะเจาะลึกถึงหลักการทางฟิสิกส์, จุดแข็ง และรูปแบบข้อผิดพลาดของแต่ละเทคโนโลยี เพื่อให้เห็นข้อดีข้อเสียที่ชัดเจน
ก่อนที่จะพิจารณาแต่ละกลุ่มผลิตภัณฑ์ ควรระบุเกณฑ์การเลือกที่คุณจะใช้ในการตัดสินใจ:
โปรดพิจารณาเกณฑ์เหล่านี้ในขณะที่ตรวจสอบเทคโนโลยีแต่ละประเภท
ปัจจุบันเรดาร์เป็นเทคโนโลยีการวัดระดับแบบต่อเนื่องที่เติบโตเร็วที่สุด และประเภท 80 GHz FMCW คือเทคโนโลยีหลัก FMCW ย่อมาจาก frequency-modulated continuous wave โดยเครื่องส่งสัญญาณจะกวาดความถี่แบบแรมป์ (frequency ramp) และความแตกต่างระหว่างความถี่ของสัญญาณที่ส่งออกไปกับสัญญาณที่สะท้อนกลับมาจะแปรผันตรงกับระยะทาง สิ่งนี้ทำให้เรดาร์ได้สัญญาณสะท้อน (echo) ที่สะอาดและมีความละเอียดสูง และช่วยให้สามารถใช้สายอากาศขนาดกะทัดรัดที่มีมุมลำคลื่น (beam angle) แคบ — ประมาณ 3-4 องศาที่ 80 GHz — ซึ่งเหมาะสำหรับช่องติดตั้ง (nozzle) ขนาดเล็กและท่อสงบนิ่ง (stilling well)
ข้อมูลจำเพาะคือตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพ โดยทั่วไปเครื่องส่งสัญญาณระดับแบบเรดาร์ 80 GHz FMCW ให้ความแม่นยำ ±2 mm พร้อมความสามารถในการวัดซ้ำ (repeatability) สูง ทำงานได้ในช่วงประมาณ 0.1 ถึง 100 m และไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ ความดัน ไอระเหย ฝุ่น และโฟมส่วนใหญ่ เนื่องจากเป็นแบบไม่สัมผัส (non-contact) จึงไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ที่สัมผัสตัวกลาง (wetted parts) ที่จะสึกหรอ สัญญาณเอาต์พุตเป็นมาตรฐาน 4-20 mA, HART และ RS-485/Modbus และมีรุ่น ATEX/IECEx Ex d และ Ex ia สำหรับพื้นที่อันตรายจนถึง zone 0 ตามต้องการ
ข้อจำกัดทางเทคนิคที่สำคัญคือค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (permittivity) สัญญาณสะท้อนของเรดาร์จะสะท้อนกลับจากการเปลี่ยนแปลงของค่าไดอิเล็กตริกระหว่างสถานะก๊าซและตัวกลาง วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง (น้ำ ≈ 80, กรดส่วนใหญ่) จะให้สัญญาณสะท้อนที่แรง ในขณะที่วัสดุที่มีค่าไดอิเล็กตริกต่ำ เช่น ตัวทำละลายบางชนิด พลาสติก หรือผง (ค่า ε ต่ำกว่าประมาณ 2) จะสะท้อนพลังงานออกมาเพียงเล็กน้อย นี่ไม่ใช่ข้อจำกัดของตัวเครื่องมือวัดมากเท่ากับเงื่อนไขการติดตั้ง ผงที่มีค่าไดอิเล็กตริกต่ำอาจจำเป็นต้องใช้ท่อสงบนิ่ง (stilling well) สายอากาศแบบพาราโบลิกหรือแบบอัตราขยายสูง (high-gain) หรือการเล็งตำแหน่งอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้สัญญาณสะท้อนที่ใช้งานได้
เรดาร์เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการที่ต้องการประสิทธิภาพสูง เช่น ถังปฏิกรณ์เคมีและปิโตรเคมี การจัดเก็บน้ำมันและก๊าซ ถัง LNG และถังแช่เยือกแข็ง (cryogenic) ถังความดันและอุณหภูมิสูง รวมถึงตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง ข้อเสียหลักคือเรื่องต้นทุน โดยเรดาร์เกรดอุตสาหกรรมจะมีราคาสูงกว่าเครื่องมือวัดแบบอัลตราโซนิกหรือแบบไฮโดรสแตติก สำหรับการเลือกเรดาร์อุตสาหกรรมทั่วไป WELK เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบเรดาร์ 80 GHz มีความเหมาะสมในกรณีที่ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะที่รุนแรงมีความสำคัญมากกว่าราคาเริ่มต้น
เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบอัลตราโซนิกวัดระยะเวลาการเดินทาง (time of flight) ของคลื่นเสียงจากทรานสดิวเซอร์ไปยังพื้นผิวตัวกลางและสะท้อนกลับ ความเร็วของเสียงในอากาศอยู่ที่ประมาณ 343 m/s ที่ 20 °C และเพิ่มขึ้นประมาณ 0.6 m/s ต่อองศาเซลเซียส ดังนั้นเครื่องมือวัดแบบอัลตราโซนิกทุกเครื่องจึงมีเซนเซอร์อุณหภูมิและใช้การชดเชยอุณหภูมิ (temperature compensation) เพื่อให้ค่าที่อ่านได้คงที่ท่ามกลางการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิระหว่างกลางวัน-กลางคืนและตามฤดูกาล การละเลยการชดเชยนี้เป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการเกิดค่าเบี่ยงเบน (drift) ในระบบอัลตราโซนิก
มีข้อจำกัดทางกายภาพสองประการที่ควรจดจำ ประการแรกคือ ระยะบอด (blind zone): ทรานสดิวเซอร์ไม่สามารถวัดค่าได้ในขณะที่สัญญาณพัลส์ที่ส่งออกไปกำลังหยุดสั่น ซึ่งทำให้เกิดระยะตาย (dead zone) ประมาณ 0.2-0.3 m ใต้เซนเซอร์โดยตรง สิ่งนี้สำคัญเมื่อมีการเติมถังจนเต็มบ่อยครั้ง เนื่องจากหน่วยอัลตราโซนิกจะหยุดรายงานค่าเมื่อใกล้จุดเต็ม ประการที่สองคือ ตัวกลาง: เสียงต้องการก๊าซในการเดินทาง ดังนั้นอัลตราโซนิกจึงไม่สามารถวัดในสุญญากาศได้ และโฟมที่หนาแน่น ฝุ่นที่หนา ไอระเหย หรือกระแสอากาศที่รุนแรงจะดูดซับหรือทำให้พัลส์กระจัดกระจายและทำให้สัญญาณสะท้อนแย่ลง ความแม่นยำโดยทั่วไปอยู่ที่ ±3-5 mm หรือ 0.2-0.5% ของย่านการวัด แล้วแต่ว่าค่าใดจะสูงกว่า
ภายใต้ข้อจำกัดเหล่านั้น อัลตราโซนิกถือเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าอย่างยิ่ง เป็นแบบไม่สัมผัส ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ ต้องการการบำรุงรักษาน้อย และจัดการกับของเหลวกัดกร่อนได้ดีเนื่องจากหน้าทรานสดิวเซอร์สามารถทำจาก PVDF หรือ PTFE ได้ เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับน้ำและน้ำเสีย ช่องเปิดและรางน้ำ (flume) รวมถึงถังเก็บสารเคมีหลายประเภท เซนเซอร์วัดระดับแบบอัลตราโซนิกที่มีระยะบอดต่ำ (low blind zone) ช่วยลดระยะบอด (dead zone) เพื่อให้เหมาะกับถังที่มีระดับของเหลวเกือบเต็ม ช่วยขยายย่านการวัดที่ใช้งานได้จริงสำหรับโซลูชันที่มีต้นทุนต่ำ
เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบไฮโดรสแตติกวัดระดับทางอ้อมโดยการตรวจจับแรงดันที่เกิดจากคอลัมน์ของเหลวเหนือหัววัดที่จุ่มอยู่ หลักการทางฟิสิกส์นั้นตรงไปตรงมา: แรงดันเท่ากับความหนาแน่นคูณแรงโน้มถ่วงคูณความสูง (P = ρgh) ดังนั้นระดับจึงเท่ากับแรงดันหารด้วย (ความหนาแน่น × แรงโน้มถ่วง) โดยทั่วไปเครื่องส่งสัญญาณแบบจุ่มจะมีความแม่นยำประมาณ 0.5% ของ Full Scale และส่งสัญญาณเอาต์พุต 4-20 mA ผ่านสายเคเบิลที่มีท่อระบายอากาศ (vented cable) เพื่ออ้างอิงกับความดันบรรยากาศ ทำให้ค่าที่อ่านได้ไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของความกดอากาศ
รูปทรงแบบจุ่มทำให้เทคโนโลยีนี้เหมาะสำหรับบ่อน้ำ, บ่อพักน้ำ (sumps), สถานีสูบน้ำ (lift stations), ถังเปิด และบ่อบำบัดน้ำเสีย ซึ่งสามารถหย่อนหัววัดลงในตัวกลางได้โดยตรง เนื่องจากเซนเซอร์ถูกจุ่มอยู่ จึงไม่ได้รับผลกระทบจากฟอง, ไอระเหย, ความปั่นป่วน, ลม และฝุ่น ซึ่งเป็นปัจจัยที่มักรบกวนการทำงานของแบบอัลตราโซนิกและแบบเรดาร์ (ในระดับที่น้อยกว่า) ความเข้ากันได้ของวัสดุมีให้เลือกทั้งแบบสแตนเลส, PVDF หรือไดอะแฟรมเซรามิก และการซีลสายเคเบิลมาตรฐาน IP68 ช่วยให้สามารถจุ่มแช่ได้ถาวร
ความแม่นยำของการวัดแบบไฮโดรสแตติกขึ้นอยู่กับความแม่นยำของค่าความหนาแน่น (ความถ่วงจำเพาะ) ของตัวกลาง หากของเหลวในกระบวนการเป็นเนื้อเดียวกันและมีความหนาแน่นคงที่ ค่าความแม่นยำ 0.5% FS ก็สามารถทำได้จริง แต่หากความหนาแน่นเปลี่ยนแปลง เช่น ความเข้มข้นของน้ำเกลือเปลี่ยนไป หรือการแยกตัวของอีมัลชัน ค่าที่อ่านได้ก็จะเปลี่ยนตามไปด้วย นอกจากนี้ ตะกอนและการตกผลึกอาจอุดตันหรือเคลือบไดอะแฟรมเมื่อเวลาผ่านไป และเครื่องส่งสัญญาณแบบจุ่มเพียงอย่างเดียวไม่สามารถใช้กับถังปิดที่มีแรงดันได้ ซึ่งในกรณีนั้นจำเป็นต้องใช้เครื่องส่งสัญญาณแรงดันต่าง (differential-pressure transmitter) ที่มีพอร์ตแรงดันสองพอร์ตแทน สำหรับการใช้งานในถังเปิดและน้ำบาดาล เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบไฮโดรสแตติกแบบจุ่ม ให้ต้นทุนการติดตั้งต่อจุดที่ต่ำที่สุดอย่างหนึ่ง
เกจวัดระดับแบบแม่เหล็กใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป: ลูกลอยที่มีแม่เหล็กอยู่ภายในจะขึ้นและลงตามระดับภายในถังหรือแชมเบอร์ภายนอก และชุดของแถบแม่เหล็ก (flags), แผ่นพลิก (flappers) หรือกระสวยแม่เหล็กที่อยู่ด้านนอกจะเคลื่อนที่ตามตำแหน่งของลูกลอย ผลลัพธ์ที่ได้คือการแสดงระดับในพื้นที่แบบกลไกล้วนๆ โดยไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้า ซึ่งสามารถมองเห็นได้ชัดเจนจากระยะไกลในพื้นที่โรงงาน
ข้อดีในการใช้งานจริงนั้นมีนัยสำคัญ เนื่องจากมีการอ่านค่าระดับผ่านผนังที่ไม่ใช่แม่เหล็ก ตัวเกจจึงสามารถปิดผนึกได้อย่างสมบูรณ์ หุ้มฉนวน หรือเดินท่อความร้อน (steam-traced) ได้ ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง, แรงดันสูง, อุณหภูมิต่ำจัด (cryogenic) และสารกัดกร่อน โดยไม่มีส่วนประกอบทางไฟฟ้าภายในถัง หากต้องการเพิ่มเอาต์พุตอิเล็กทรอนิกส์ สามารถติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณแบบแมกนีโตสติกทีฟเข้ากับตัวเกจได้ โดยจะวัดเวลาของพัลส์การบิดตัว (torsional pulse) ตลอดแนวลวดแมกนีโตสติกทีฟ และตำแหน่งของสนามแม่เหล็กของลูกลอยจะเป็นตัวกำหนดเวลาในการเดินทาง เครื่องส่งสัญญาณแบบแมกนีโตสติกทีฟมีความแม่นยำสูงถึงประมาณ ±1 มม. ซึ่งถือเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการวัดระดับอุตสาหกรรมที่ดีที่สุด และมีความเสถียรแม้จะใช้สายเคเบิลยาว
ความสามารถที่โดดเด่นคือการวัดระดับรอยต่อ (interface measurement) ของเหลวสองชนิดที่ไม่ผสมกันและมีความหนาแน่นต่างกัน เช่น น้ำมันและน้ำ จะทำให้ลูกลอยที่มีความหนาแน่นต่างกันสองลูกอยู่ในแชมเบอร์ ดังนั้นเกจเพียงตัวเดียวจึงสามารถอ่านได้ทั้งระดับรวมและตำแหน่งของรอยต่อ สิ่งนี้ทำให้เกจแบบแม่เหล็กเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับถังแยก (separators), การจัดเก็บเชื้อเพลิง และการวัดรอยต่อทางเคมี ข้อเสียคือต้องใช้ลูกลอยแบบกลไกที่ต้องปรับความหนาแน่นให้ตรงกับของเหลว มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ที่ต้องบำรุงรักษา และจำเป็นต้องเข้าถึงจากภายนอกเพื่ออ่านค่าตัวบ่งชี้ ในจุดที่การมองเห็นในพื้นที่, ความปลอดภัยในตัว (intrinsic safety) และการวัดต่อเนื่องที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ เกจวัดระดับแบบแถบแม่เหล็ก ที่มาพร้อมกับเครื่องส่งสัญญาณระดับแบบ Magnetostrictive นั้นยากที่จะหาอะไรมาเทียบได้
สวิตช์ควบคุมระดับทำหน้าที่ตอบคำถามในรูปแบบไบนารี (ใช่หรือไม่) ว่าวัสดุอยู่ที่ระดับความสูงนี้หรือไม่ อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้รายงานค่าระดับแบบต่อเนื่อง แต่จะทำงาน (Trip) เมื่อวัสดุมาปกคลุมส่วนตรวจจับ เพื่อสั่งการสัญญาณเตือน การควบคุมปั๊ม และระบบอินเตอร์ล็อกเพื่อความปลอดภัย ประเภทหลักๆ ได้แก่ สวิตช์ระดับแบบส้อมเสียง (Tuning Fork), แบบแท่งสั่น (Vibrating Rod), แบบใบพัดหมุน (Rotary Paddle) และแบบ RF Admittance
สวิตช์ระดับแบบส้อมเสียง (Tuning Fork Level Switch) ทำงานโดยใช้แผ่นเพียโซอิเล็กทริกขับให้ส้อมสั่นที่ความถี่ธรรมชาติ ซึ่งปกติจะอยู่ที่ประมาณไม่กี่ร้อยเฮิรตซ์ เมื่อวัสดุมาปกคลุมตัวส้อม การสั่นสะเทือนจะถูกหน่วงไว้ และวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงนี้แล้วเปลี่ยนสถานะเอาต์พุตภายในเวลาประมาณหนึ่งวินาที เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว การบำรุงรักษาจึงน้อยมาก และตัวส้อมยังมีคุณสมบัติทำความสะอาดตัวเองได้ในของเหลวส่วนใหญ่ รุ่นสำหรับของเหลวจะทำงานที่ความหนาแน่นตั้งแต่ประมาณ 0.5-0.7 g/cm³ ขึ้นไป ในขณะที่รุ่นสำหรับของแข็งสามารถตอบสนองต่อความหนาแน่นรวม (Bulk Density) ได้ต่ำถึง 0.02-0.03 g/cm³ นี่คือเหตุผลที่สวิตช์แบบส้อมเสียงเป็นที่นิยมอย่างมากในการป้องกันการเติมล้น (Overfill Protection) ทั้งในถังเก็บและไซโล มีรุ่นที่ได้รับใบรับรอง ATEX/IECEx สำหรับใช้งานในพื้นที่อันตราย Zone 0/1 และพื้นที่ที่มีฝุ่นละออง โดยรุ่นมาตรฐาน สวิตช์ระดับแบบส้อมเสียง ครอบคลุมการใช้งานทั้งการตรวจจับระดับสูง ระดับต่ำ และการควบคุมปั๊มสำหรับของเหลว
สวิตช์ระดับแบบแท่งสั่น (Vibrating Rod Level Switch) เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อของแข็งโดยเฉพาะ โดยแท่งโพรบจะถูกขับให้สั่นสะเทือน และเมื่อมีผงหรือเม็ดวัสดุมาสัมผัสจะทำให้การสั่นสะเทือนลดลงและสั่งการเอาต์พุต อุปกรณ์นี้สามารถจัดการกับวัสดุที่มีความหนาแน่นรวมต่ำและผงน้ำหนักเบาที่เซนเซอร์ชนิดอื่นอาจวัดไม่ได้ ทำให้เป็นอุปกรณ์หลักสำหรับฮอปเปอร์ ไซโล และถังเก็บวัสดุจำพวกพลาสติก ซีเมนต์ เถ้าลอย และผงอาหาร นอกจากนี้ยังมีสวิตช์ระดับแบบใบพัดหมุน (Rotary Paddle Switch) ที่ใช้ใบพัดหมุนอย่างช้าๆ ซึ่งจะหยุดหมุนเมื่อมีวัสดุมาล้อมรอบ และไปกระตุ้นสวิตช์แรงบิด อุปกรณ์ชนิดนี้เรียบง่าย เชื่อถือได้ และราคาประหยัด แต่มีข้อเสียคือมีกลไกขับเคลื่อนที่อาจสึกหรอได้ตามกาลเวลา สำหรับ การวัดระดับผงในไซโลสวิตช์แบบแท่งสั่นและแบบใบพัดหมุนถือเป็นตัวเลือกมาตรฐานราคาประหยัดสำหรับการแจ้งเตือนระดับสูงและระดับต่ำ
สวิตช์ระดับแบบ RF admittance (หรือที่เรียกว่าแบบ capacitance) จะส่งสัญญาณความถี่วิทยุความถี่ต่ำไปยังโพรบและตรวจติดตามการเปลี่ยนแปลงของค่า admittance เมื่อวัสดุมาสัมผัส รายละเอียดทางวิศวกรรมที่สำคัญคืออิเล็กโทรดป้องกัน (guard electrode) ที่ช่วยตัดผลกระทบจากการพอกตัวของวัสดุบนโพรบ ทำให้สวิตช์ยังคงความแม่นยำแม้ในกรณีที่วัสดุมีความเหนียวหรือนำไฟฟ้า สวิตช์แบบ RF admittance สามารถรองรับของเหลว สลัดจ์ (slurries) โฟม และการตรวจวัดระดับรอยต่อ (interface detection) ใช้งานได้กับทั้งตัวกลางที่นำไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้า และไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว จึงเป็นตัวเลือกที่ดีเยี่ยมในสภาวะที่มีการพอกตัว มีโฟม หรือมีตัวกลางที่หลากหลายซึ่งทำให้เทคโนโลยีการวัดระดับแบบจุดชนิดอื่นขาดความน่าเชื่อถือ
การตัดสินใจที่สำคัญที่สุดในการกำหนดขอบเขตงานไม่ใช่การเลือกยี่ห้อ แต่คือการเลือกว่าคุณต้องการเครื่องส่งสัญญาณระดับแบบต่อเนื่อง (continuous level transmitter) สวิตช์ระดับแบบจุด (point level switch) หรือทั้งสองอย่าง เครื่องส่งสัญญาณแบบต่อเนื่องจะส่งค่าสต็อกสินค้าและค่าในกระบวนการแบบเรียลไทม์ไปยังระบบควบคุมของคุณ ส่วนสวิตช์แบบจุดจะทำหน้าที่แจ้งเตือนหรืออินเตอร์ล็อก (interlock) ที่ชัดเจน ทั้งสองอย่างนี้ทำหน้าที่เสริมกัน ไม่ใช่การใช้แทนกัน การป้องกันการเติมล้น (overfill protection) การป้องกันปั๊มทำงานขณะไม่มีของเหลว (dry-run protection) และอินเตอร์ล็อกด้านความปลอดภัย มักจะใช้สวิตช์แบบจุดเสมอ ซึ่งบ่อยครั้งจะได้รับมาตรฐาน SIL แม้แต่ในถังที่มีเครื่องส่งสัญญาณแบบต่อเนื่องติดตั้งอยู่แล้วก็ตาม โรงงานหลายแห่งติดตั้งเครื่องมือวัดแบบต่อเนื่องสำหรับการทำงานปกติ และใช้สวิตช์แบบส้อมเสียง (tuning fork) หรือแบบแท่งสั่น (vibrating rod) เป็นชั้นความปลอดภัยแยกต่างหาก เนื่องจากหลักการทำงานทั้งสองแบบมีรูปแบบการขัดข้องที่แตกต่างกัน
| เทคโนโลยี | เหมาะสำหรับ | ความแม่นยำทั่วไป | ข้อจำกัดหลัก | ราคาโดยประมาณ (USD) |
|---|---|---|---|---|
| เรดาร์ 80 GHz FMCW | สารเคมี; น้ำมันและก๊าซ; อุณหภูมิ/แรงดันสูง; ตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน | ±2 mm | ราคาสูงกว่า; วัสดุที่มีค่าไดอิเล็กตริกต่ำต้องมีการตั้งค่าอย่างระมัดระวัง | $500-3;000+ |
| อัลตราโซนิก | น้ำ; น้ำเสีย; รางเปิด; การจัดเก็บสารเคมี | ±3-5 mm (0.2-0.5% ของช่วงการวัด) | ระยะบอด (blind zone) 0.2-0.3 m; ได้รับผลกระทบจากโฟม; ฝุ่น; สุญญากาศ | $150-800 |
| ไฮโดรสแตติก (แบบจุ่ม) | บ่อน้ำ; บ่อพัก; ถังเปิด; บ่อบำบัดน้ำเสีย | 0.5% FS | ต้องการความหนาแน่น/ความถ่วงจำเพาะที่คงที่; ไม่เหมาะสำหรับถังปิดที่มีแรงดัน | $100-600 |
| เกจวัดระดับแบบแม่เหล็ก + เครื่องส่งสัญญาณแบบ magnetostrictive | อุณหภูมิ/แรงดันสูง; กัดกร่อน; ระดับรอยต่อ (น้ำมัน/น้ำ) | ±1 mm (magnetostrictive) | ข้อจำกัดด้านความหนาแน่นของลูกลอย; ต้องการพื้นที่ภายนอกเพื่อดูตัวบ่งชี้ | $300-2;500 |
| สวิตช์ระดับแบบจุด (ส้อมเสียง; แท่งสั่น; ใบพัดหมุน; RF admittance) | การป้องกันการเติมล้น; ป้องกันปั๊มทำงานขณะไม่มีของเหลว; การแจ้งเตือนระดับสูง/ต่ำ | ตรวจจับได้ภายในไม่ถึง 1 วินาที | สัญญาณแบบจุดเท่านั้น — ไม่มีการอ่านค่าแบบต่อเนื่อง | $50-500 |
เมื่อพิจารณาจากลักษณะของถังและวัสดุ เทคโนโลยีที่เหมาะสมมักจะปรากฏให้เห็นอย่างชัดเจน:
หากคุณกำลังเปรียบเทียบระหว่างเรดาร์กับอัลตราโซนิกสำหรับถังเฉพาะงาน การเปรียบเทียบเครื่องวัดระดับแบบเรดาร์ vs อัลตราโซนิก จะช่วยให้เห็นปัจจัยในการตัดสินใจอย่างละเอียด ในกรณีส่วนใหญ่ ปัจจัยสำคัญคือแรงดัน, ฟอง, ฝุ่น และระยะที่ระดับเข้าใกล้ด้านบนของถังมากเพียงใด
ทรานสมิตเตอร์แบบแมกนีโตสติกทีฟมีความแม่นยำที่สุดที่ประมาณ ±1 mm ตามด้วยเรดาร์ 80 GHz FMCW ที่ ±2 mm และอัลตราโซนิกที่ ±3-5 mm ส่วนทรานสมิตเตอร์แบบไฮโดรสแตติกจะอยู่ที่ประมาณ 0.5% ของย่านการวัด (full scale) ความแม่นยำเป็นเพียงปัจจัยหนึ่งเท่านั้น ควรเลือกเทคโนโลยีให้เหมาะสมกับสภาวะกระบวนการของคุณ เพราะเซนเซอร์ที่ "แม่นยำที่สุด" แต่ไม่สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมได้นั้นย่อมไม่มีประโยชน์
เรดาร์เหมาะสำหรับถังที่มีแรงดัน, ฝุ่นหนา, มีฟอง หรือมีอุณหภูมิสูง และสำหรับวัสดุที่มีค่าไดอิเล็กตริกต่ำ แต่มีราคาสูงกว่า อัลตราโซนิกเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าสำหรับของเหลวสะอาดที่ความดันบรรยากาศ ในกรณีที่สามารถยอมรับระยะบอด (blind zone) 0.2-0.3 ม. บริเวณด้านบนได้ หากถังมีการใช้งานจนเกือบเต็ม หรือสภาพบรรยากาศมีไอน้ำหรือฝุ่นมาก ควรเลือกเรดาร์
ไม่ได้ สวิตช์ระดับจะแจ้งเตือนเพียงจุดเดียว เช่น ระดับสูง, ต่ำ หรือการตรวจพบวัตถุ ส่วนเครื่องส่งสัญญาณแบบต่อเนื่องจะรายงานค่าระดับแบบเรียลไทม์ ถังส่วนใหญ่ที่มีระบบอินเตอร์ล็อกเพื่อความปลอดภัยจะใช้ทั้งสองอย่าง: เครื่องส่งสัญญาณแบบต่อเนื่องสำหรับการจัดการสต็อกและการควบคุม และสวิตช์ระดับแยกต่างหากเพื่อป้องกันการเติมล้น (overfill) หรือป้องกันปั๊มรันแห้ง (dry-run)
ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้ อัลตราโซนิกอาศัยความเร็วเสียง จึงจำเป็นต้องมีการชดเชยอุณหภูมิ เรดาร์แทบจะไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ การวัดแบบไฮโดรสแตติกจะคลาดเคลื่อนหากอุณหภูมิทำให้ความหนาแน่นของของเหลว (ความถ่วงจำเพาะ) เปลี่ยนไป และเกจวัดระดับแบบแม่เหล็กมีข้อผิดพลาดจากความร้อนน้อยมาก แม้ว่าการขยายตัวทางความร้อนของตัวถังเองอาจทำให้ปริมาตรที่วัดได้เปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อยก็ตาม
ได้ เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบเรดาร์, สวิตช์ระดับแบบส้อมเสียง และเครื่องมือวัดระดับอื่นๆ มีรุ่นที่ได้รับรอง ATEX และ IECEx สำหรับพื้นที่อันตรายจากก๊าซโซน 0, 1 และ 2 และฝุ่นโซน 20, 21 และ 22 ทั้งในรูปแบบทนไฟ (Ex d) และปลอดภัยภายใน (Ex ia) เมื่อระบุสเปก โปรดกำหนดโซน, กลุ่มก๊าซหรือฝุ่น และระดับอุณหภูมิ (temperature class) ก่อนขอ RFQ
การเลือกเทคโนโลยีการวัดระดับขึ้นอยู่กับปัจจัยในกระบวนการเพียงไม่กี่อย่าง แต่หากเลือกผิดพลาดอาจมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าราคาเครื่องมือเองมาก WELK ผลิตเครื่องมือวัดระดับแบบเรดาร์, อัลตราโซนิก, ไฮโดรสแตติก, แม่เหล็ก และสวิตช์ระดับครบวงจรภายในโรงงานของเราเอง และวิศวกรของเราพร้อมให้คำปรึกษาฟรีและสนับสนุนการทำ RFQ เพื่อช่วยคุณระบุสเปกอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับถัง, ไซโล หรือภาชนะบรรจุของคุณ — ซึ่งรวมถึงการกำหนดขนาด, การเลือกวัสดุ, การรับรองพื้นที่อันตราย และการวางแผนสัญญาณเอาต์พุต โปรดแจ้งรายละเอียดการใช้งานของคุณเพื่อให้ทีมงาน WELK แนะนำโซลูชันการวัดที่คุ้มค่าที่สุดก่อนที่คุณจะตัดสินใจสั่งซื้อ
Configurable 80 GHz FMCW radar level meter for storage tanks, process vessels and selected solids with narrow-beam non-contact measurement.
Short-range ultrasonic level sensor for shallow tanks where the highest liquid level is close to the sensor face.
Submersible hydrostatic level transmitter for wells, reservoirs, tanks and water projects with cable length and output configured by depth.
Send drawings, dimensions, material, environment or operating conditions, and we will help confirm the right specification.
Uploaded reference files are included with the inquiry. For larger CAD packages, reply to the confirmation email or send them here:
Our team typically replies within 24 ชั่วโมง.
