Niniejszy odcinek naszego bloga poświęcimy bezkontaktowym pomiarom poziomu wody i ścieków i porównaniu dwóch technologii, na które możemy się zdecydować tj. ultradźwiękowej i radarowej. Obie technologie są używane do podobnych zastosowań w branży wodno-kanalizacyjnej, a oba typy urządzeń wykorzystują podobne zasady do pomiaru poziomu. Jednak każda technologia ma inny stopień skuteczności w różnych zastosowaniach. Poniżej opisujemy zasadę działania każdej z nich oraz główne różnice.
![]() |
Zarówno radarowe, jak i ultradźwiękowe czujniki poziomu, są wykorzystywane w podobny sposób. Oba są skierowane w dół, emitując sygnał, który odbija się od mierzonej powierzchni, a elektronika czujnika wykorzystuje pomiar czasu przelotu do obliczenia odległości czujnika od zwierciadła wody. Następnie na podstawie tej odległości obliczany jest poziom cieczy. Rodzaj i częstotliwość sygnału, z którego korzysta każda technologia, to miejsce, w którym zaczynają się one różnić. Sondy radarowe emitują fale elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości, podczas gdy czujniki ultradźwiękowe wykorzystują fale dźwiękowe. |
Jak sama nazwa wskazuje, ultradźwiękowe czujniki poziomu działają poprzez emitowanie serii fal dźwiękowych w bardzo szybkich odstępach czasu. Fale dźwiękowe emitowane z czujnika przemieszczają się ze znaną prędkością (prędkość dźwięku) do zamierzonego celu, gdzie odbijają się od celu i wracają do czujnika. Na podstawie czasu potrzebnego na powrót sygnału dźwiękowego do czujnika po wysłaniu, obliczana jest odległość między czujnikiem a mierzoną substancją.
Aby dokładnie określić poziom substancji docelowej, czujniki ultradźwiękowe wymagają niezakłóconego słupa powietrza między czujnikiem a obiektem. Rzeczy takie jak przeszkody fizyczne, bryzgi wody, silny wiatr, nadmierna piana, para wodna oraz ciężkie opary mogą odbić lub pochłonąć sygnał lub działać jako fałszywa powierzchnia prowadząca do błędnych odczytów z czujnika ultradźwiękowego.
Fala dźwiękowa czujnika ultradźwiękowego jest falą mechaniczną, co oznacza, że potrzebuje medium do przebycia, a przez większość czasu tym medium jest atmosfera lub powietrze. Szybkość sygnału zależy od środowiska, w którym się porusza. Fale dźwiękowe przemieszczają się z różnymi prędkościami w zależności od temperatury powietrza, ciśnienia, gęstości i składu gazu. Jeśli którakolwiek z tych właściwości zmienia się w trakcie procesu, może to skutkować błędami pomiaru. W przypadku kanalizacji oraz pomiarów na rzekach i zbiornikach retencyjnych najistotniejszy wpływ na dokładność pomiaru mają zmiany temperatury powietrza. Dlatego zazwyczaj sondy ultradźwiękowe poziomu posiadają czujnik temperatury, celem kompensacji jej wpływu na pomiar.
Czujniki radarowe nie działają w oparciu o fale dźwiękowe, tylko fale elektromagnetyczne. Jest to kluczowa różnica między czujnikami ultradźwiękowymi a radarowymi. W związku z tym na czujniki radarowe mają wpływ inne czynniki środowiskowe niż w przypadku sond ultradźwiękowych. Przede wszystkim sygnał elektromagnetyczny nie wymaga medium – może przemieszczać się w próżni i jest niezależny od ośrodka w jakim podróżuje. Dlatego warunki otoczenia, takie jak temperatura i ciśnienie, nie mają wpływu na sygnały radarowe, a przez to na poprawność pomiaru.
Podobnie jak fale z czujników ultradźwiękowych, fale emitowane przez czujnik radarowy odbijają się od obiektów i poruszają się ze znaną prędkością (znacznie większą niż fale ultradźwiękowe). W przeciwieństwie do fal dźwiękowych, fale elektromagnetyczne radaru reagują inaczej na niektóre materiały, gdy odbijają się od powierzchni. Ważnym czynnikiem dla czujników radarowych jest stała dielektryczna materiału docelowego. Materiał o niskiej stałej dielektrycznej nie odbija fali elektromagnetycznej, więc radar ma tendencję do przechodzenia przez nie. Materiały te są zazwyczaj nieprzewodzące i mają niską zawartość wilgoci, takie jak suche proszki i granulki czy lód.
Rysunek 1. Stacja z czujnikiem radarowym do pomiaru poziomu wody AQUA LOGGER RDR
Dobrym porównaniem obu technologii jest próba rozmowy przy mocnej wichurze z opadami. Gdy mocno wieje i pada to bardzo ciężko nam porozmawiać z osobą, która stoi obok. Tą samą technologią posługuje się sonda ultradźwiękowa, która przy takich warunkach będzie miała bardzo duże problemy z prawidłowym pomiarem. Jednocześnie taka pogoda nie będzie miała wpływu na jakość połączenia przez telefon komórkowy, który stosuje analogicznie jak sonda radarowa falę elektromagnetyczną.
Poniżej przedstawiamy 8 praktycznych różnic i kluczowe wnioski z ponad 400 czujników poziomu zainstalowanych w kanalizacji sanitarnej, deszczowej, ogólnospławnej, oraz na rzekach i ciekach otwartych:
Wszystkie opisane różnice wynikają z fizycznych różnic pomiędzy falą dźwiękową, a falą elektromagnetyczną. Generalnie z naszego doświadczenia wynika, że radar gorzej radzi sobie z pokrywą lodową. Poza tym prezentuje same zalety w porównaniu z czujnikiem ultradźwiękowym.
Rysunek 2. Bezkontaktowy pomiar poziomu ścieków w kanalizacji sanitarnej