Level 측정의 새로운 기술

지난 여러 동안 기능이 향상된 여러 가지 Level 측정 기술이 발전되어 왔습니다.

압력(Pressure) , 차압(Differential Pressure), 정전용량, RF Admittance , 초음파(Ultrasonic) 정전용량, 방사선(nuclear), Magnetic Float 등이 Level 측정에 사용되어 왔으며, 최근에 개발된 GWR Radar Level 소개합니다.

 

Radar Level 측정에 완벽한 것인가 ?

비접촉식 Radar 안테나는 피측정 물질과 접촉하지 않으며, 고주파, 장거리 신호전달이 가능한 전자장 신호, 피측정 물질의 변화에 영향을 받지 않는 등으로 인하여 Radar Level 계기는 완벽한 것으로 생각되었으며, 여러 제조업체는 제조 금액을 낮추면 모든 Level 대체할 것으로 믿었지만 Radar Level 계기 설치가 여러 곳으로 늘어나면서 결함이 나타나기 시작했다.

비접촉식 Radar 고주파(GHz) 전자기에너지를 발사하여 반사되어 오는 시간을 측정하여 level 측정하며, Ultrasonic Level 측정에서 음파 제약으로 인한 약점을 극복하는 장점이 있다. Ultrasonic 음파 파동은 대기를 매체로하는 기계적 음파 에너지 이며, 대기압의 변화는 음파속도의 변화를 초래하여 Level 측정에 오차를 일으킨다. 또한 증기는 Ultrasonic Level에서는 음파의 속도와 강도를 변화시켜 Error 일으킨다. Radar 전자기에너지는 이러한 제약이 없으며 진공에서도 Level 측정 있다.

비접촉식 Radar Transmitter 안테나 방출 전자기 에너지는 1mW 매우 미약한 신호이며, 공기 중으로 전자기에너지가 발사된 급속히 에너지가 약화되어 Level 표면에 도달하여 반사된다. Level 표면에서 반사되는 에너지의 세기는 level 유전률과 직접적으로 연관이 있으며, Hydrocarbon 같은 level 매체는 반사 에너지가 매우 작다. 이러한 반사에너지가 Transmitter 되돌아 오는 반사율은 초기 방출 신호의 1% 미만 이지만 , Guided Wave Radar (접촉식 Radar) 반사율은 20% 이다. 급변하는 Level 외란과 거품은 비접촉식 Radar 반사파를 더욱 산란 시키거나 흡수하여 매우 작거나 반사 신호가 모두 없어 지기도 한다. 또한 Tank 내부의 mixer, piping, 사다리 등은 Level Error 야기시킬 있다.

 

                                                     clip_image002.jpg

 

 

Guided Wave Radar

최근에 출시된 Guided Wave Radar 기존의 비접촉식 Radar 같은 방식으로 동작한다.

GWR TDR (Time Domain Refectometry) 라고 하며, TDR 여러 동안 지하 매설 Cable 단선 지점을 찾는 기술로 사용되어왔다. 200K 이상의 펄스가 TDR 발생기에서 Wave Guide (probe) 보내진다. 펄스 신호가 불연속 또는 단절 지점 (유전율 변화에 의한 임피던스 변화 지점) 만나면 반사파가 발생된다. Probe 상부의 에서는 측정기준 펄스 또는 기준 반사를 발생하기 위한 계산된 임피던스의 변화가 발생하게 한다. 1 반사파가 감지되면 측정기준 펄스와 비교하여 level 계산하게 된다. 높은 유전율 가진 물체 (ex. ) 반사파가 강하며, 낮은 유전율을 가진 물질(ex. Hydrocarbon) 반사파는  상대적으로 약하다. Level 표면의 낮은 유전율의 물질은 전자장이 probe 따라 계속 진행할 있도록 하여 사라지거나 높은 유전율의 물체에 닿아 반사되어 Interface Level 측정이 가능 하도록 한다.

 

Guided Wave Radar 장점

이상적인 Level 측정 방법은 비접촉식이며, Tank 방해를 주지 않는 것이지만 측정하는 Process 알맞는 Level 기술을 적용하는 것이 보다 중요하다.

GWR 매우 거진 설치환경 ( , 철광석 ) 제외하고, 아래와 같은 확실한 장점이 있다.

 

1. GWR Probe 전송되는 에너지가 비접촉 Radar 비해 10% (0.1mW) 이며, 이는 GWR 신호 전송 경로가 매우 효율적임을

보여준다. 신호 에너지의 저하는 매우 적으며, 유전율이 매유 적은 (1.7 이하) 물질의 Level 측정도 효과적이다.

 

2. 신호가 Wave Guide (Probe) 따라 진행하므로 외란, Tank 구조, 등의 영향이 없다.

 

3. 측정 매체의 유전율 변화에도 Level 측정의 영향이 없다. Hydrocarbon(유전율 2 ~3) 물제의 Level 측정일 때와 Water (유전율 80) 물제의 Level 측정일 때의 Level 측정은 신호의 왕복 시간을 측정하여 Level 나타냄으로 유전율의 변화에 영향이 없다.

 

4. 전자기에너지의 속도가 항상 일정함으로 Calibration 하기 위하여 Level 채우고 필요가 없이 간단하게 적용되는 Level Data 넣으면 Calibration 완료된다.

 

5. 비중의 변화에 영향을 받지 않고 Level 측정이 된다.

 

6. 수증기, 증기, 거품의 영향을 받지 않고 Level 측정이 된다.

 

7. Probe Level Coating 되거나 묻는 것에 대한 영향이 약하다.

bridging 대한 영향은 매우 크며 두꺼운 Level 층이 브릿지를 형성하면 그곳의 Level 읽는다.

 

8. GWR Level 비접촉식 Radar 배해 가격이 매우 저렴하다.

  

Guided Wave Radar 여러 Level 과의 비교

여러 Level 측정용 계기들이 여러해 동안 사용되어 왓으며, 압력(Pressure) , 차압(Differential Pressure), 정전용량, RF Admittance , 초음파(Ultrasonic) 정전용량, 방사선(nuclear), Magnetic Float 등이 Level 측정에 최근에 사용되어 왔지만 GWR 이러한 Level중에서 매우 많은 장점이 있으며, 분체, 액체, Slurry, Interface 적용 있는 신뢰 있는 측정 방법이다.

 

유전율의 변화에 오차가 매우 심한 RF Admittance/ Capacitance, 비중 변화에 민감한 Torque Tube/ 압력, 차압식과 증기, 거품, 외란 등의 영향에 민감한 Ultrasonic 등의 여러 에러 요소를 극복하는 장점을 가진 GWR Level 적용하여 level 측정의 정확성을 얻을 있습니다.

 

Ain Engineering Co.