เครื่องวัดระดับ (Level Detector) ในอุตสาหกรรมไทย วัดอะไรได้บ้าง? และควรเลือก Radar หรือ Ultrasonic?

เครื่องวัดระดับ (Level Measurement) เป็นหนึ่งในเครื่องมือวัดที่พบได้ในโรงงานแทบทุกประเภท ไม่ว่าจะเป็นระบบผลิตน้ำ ระบบบำบัดน้ำเสีย โรงงานอาหารและเครื่องดื่ม โรงงานเคมี ปิโตรเคมี โรงไฟฟ้า โรงงานปูนซีเมนต์ หรือระบบจัดเก็บวัตถุดิบ

หน้าที่ของ Level Transmitter ไม่ได้มีเพียงการบอกว่า “ในถังเหลือกี่เปอร์เซ็นต์” แต่ข้อมูลระดับสามารถนำไปใช้สำหรับ

• ควบคุมการเปิด–ปิด Pump
• ป้องกันถัง Overflow
• ป้องกัน Pump Dry Run
• ควบคุมปริมาณวัตถุดิบในกระบวนการผลิต
• ตรวจสอบปริมาณสารเคมี
• คำนวณ Inventory
• ส่งสัญญาณเข้าสู่ PLC / SCADA / DCS
• ทำ High Level / Low Level Alarm
• ตรวจสอบประสิทธิภาพของกระบวนการ

ดังนั้น การเลือกเครื่องวัดระดับจึงควรเริ่มจาก “ต้องการวัดอะไร และสภาพหน้างานเป็นอย่างไร” มากกว่าการเริ่มจากคำถามว่า “Radar รุ่นไหนดี?”

80 GHz Radar ดีกว่า Radar ความถี่ต่ำอย่างไร?

คำว่า 80 GHz ไม่ควรตีความเพียงว่า “ความถี่สูงกว่า = แม่นกว่าเสมอ”

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของ Radar 80 GHz คือสามารถสร้าง ลำคลื่นที่แคบกว่า ทำให้มีโอกาสลดการสะท้อนจากโครงสร้างภายในถังที่อยู่นอกแนวการวัด

จึงเหมาะกับถังที่มี

• Nozzle ขนาดเล็ก
• Internal Pipe
• Agitator
• Heating Coil
• โครงสร้างภายใน
• ถังที่มีพื้นที่ติดตั้งจำกัด

และเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ 80 GHz Radar ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในงาน Level Measurement สมัยใหม่

80 GHz FMCW Radar ทำงานอย่างไร?

SKE ใช้หลักการ FMCW — Frequency Modulated Continuous Wave

Sensor จะส่งคลื่น Radar ไปยัง Surface ของวัสดุ

เมื่อคลื่นสะท้อนกลับมายัง Sensor ระบบจะวิเคราะห์ความแตกต่างของความถี่ระหว่างสัญญาณที่ส่งและสัญญาณที่รับกลับมา

จากนั้นคำนวณระยะทางระหว่าง Sensor กับ Surface

เมื่อทราบ

Tank Height และ Distance to Surface ระบบจึงสามารถคำนวณเป็น Level ได้

แนวคิดพื้นฐานคือ Level = Tank Reference Height − Measured Distance

ข้อดีสำคัญคือเป็นการวัดแบบ Non-contact จึงไม่จำเป็นต้องนำ Sensor ลงไปสัมผัสกับของเหลวโดยตรง

ปัญหาที่พบบ่อยในการวัดระดับหน้างานจริง

การเลือก Level Transmitter ไม่ควรดูเพียง Range เช่น “ถังสูง 10 เมตร ต้องซื้อ Radar 10 เมตร”

เพราะปัญหาจริงมักเกิดจากสภาพ Process

1. Foam

Foam สามารถทำให้ Surface ที่ Radar หรือ Ultrasonic “เห็น” แตกต่างจากระดับของของเหลวจริง

ต้องพิจารณาลักษณะของ Foam ว่า

• หนาหรือบาง
• เกิดตลอดเวลาหรือเฉพาะช่วง
• มีความหนาแน่นเท่าไร
• Surface ด้านล่าง Foam มีลักษณะอย่างไร

2. Steam และ Condensation

พบได้ใน

• Wastewater
• Hot Water
• Process Tank
• Chemical Process

Ultrasonic อาจได้รับผลจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพตัวกลาง เนื่องจากหลักการวัดขึ้นกับการเดินทางของเสียง

Radar ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จึงมีข้อได้เปรียบในสภาพแวดล้อมที่มีไอหรือความชื้นสูงในหลาย Application

3. Agitator

ถัง Process หลายประเภทมี Agitator

ถ้าติดตั้ง Radar ในตำแหน่งที่ Beam ยิงไปโดนใบกวน อาจเกิด False Echo

จึงต้องเลือกตำแหน่งติดตั้งให้ Beam ไม่ชนกับโครงสร้างภายใน

4. Nozzle

ตำแหน่งและขนาดของ Nozzle มีผลต่อการติดตั้ง Radar

โดยเฉพาะถ้า Nozzle ยื่นเข้าไปในถังมากเกินไป หรือมีโครงสร้างอยู่ในแนว Beam

ดังนั้นก่อนเลือกอุปกรณ์ควรมีข้อมูล

Nozzle Diameter + Nozzle Height + Tank Height + Internal Structure

ทำไมบางหน้างานถึงเปลี่ยนจาก Ultrasonic เป็น Radar?

ตัวอย่างสถานการณ์ที่พบได้คือ

โรงงานมี Wastewater Tank และใช้ Ultrasonic

แต่เมื่อเข้าสู่ฤดูฝนหรือกระบวนการทำงานเปลี่ยนไป กลับพบว่า

• ค่า Level แกว่ง
• ค่าอ่านผิด
• Sensor Error
• Echo หาย
• มี Alarm ทั้งที่ระดับจริงไม่ได้สูง
• Pump ทำงานผิดจังหวะ

สาเหตุไม่ได้แปลว่า Ultrasonic เป็นเครื่องมือที่ไม่ดี

แต่หมายความว่า Measurement Principle อาจไม่เหมาะกับสภาพแวดล้อมนั้น

มีกรณีศึกษาจากงาน Water/Wastewater ที่พบปัญหา Ultrasonic จาก Condensation, Foam และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศ ก่อนเปลี่ยนมาใช้ 80 GHz FMCW Radar

ดังนั้นคำถามที่ถูกต้องไม่ใช่

“Radar ดีกว่า Ultrasonic หรือไม่?”

แต่คือ

“สภาพหน้างานของเรามีปัจจัยอะไรที่สามารถรบกวน Measurement Principle?”

ข้อมูลอะไรที่ควรส่งให้ Supplier ก่อนเลือก Level Transmitter?

ถ้าต้องการให้วิศวกรเลือกเครื่องวัดระดับให้ถูกตั้งแต่ครั้งแรก แนะนำให้เตรียมข้อมูลอย่างน้อยดังนี้

ข้อมูลถัง

• Tank Height
• Tank Diameter
• Open Tank หรือ Closed Tank
• Tank Material
• Nozzle Size
• Nozzle Height
• Installation Position

ข้อมูลของตัวกลาง

• ชื่อของ Liquid / Solid
• Density
• Dielectric Constant ถ้ามี
• Temperature
• Pressure
• Viscosity
• Foam
• Dust
• Steam
• Corrosiveness

ข้อมูลที่ต้องการวัด

• Measuring Range
• Minimum Level
• Maximum Level
• Normal Operating Level
• Accuracy ที่ต้องการ
• Continuous Measurement หรือ Point Level

ข้อมูลระบบควบคุม

• 4–20 mA
• HART
• Modbus
• RS-485
• PLC
• SCADA
• DCS

SKE 80 GHz Radar ของ Tasatec รองรับการใช้งานแบบ Continuous Level Measurement และมี Output เช่น 4–20 mA, HART และ Modbus สำหรับเชื่อมต่อกับระบบควบคุม

SKE 80 GHz Radar เหมาะกับงานประเภทไหน?

SKE 80 GHz FMCW Radar เป็นหนึ่งในตัวเลือกสำหรับงานที่ต้องการ Non-contact Level Measurement โดยเฉพาะ Application ที่ต้องการความเสถียรในการวัดและมีสภาพแวดล้อมที่อาจสร้างปัญหาให้กับ Sensor แบบสัมผัส

ตัวอย่าง Application ได้แก่

Water & Wastewater

• Water Tank
• Wastewater Tank
• Pump Station
• Wet Well
• Equalization Tank
• Sludge Tank

Chemical

• Chemical Storage Tank
• Process Tank
• Corrosive Liquid

Industrial Process

• Process Liquid
• Storage Tank
• Raw Material

Bulk Solid

• Powder
• Pellet
• Cement
• Grain
• Mineral
• Other Bulk Material

SKE รองรับระยะการวัดหลายระดับตามรุ่น เช่น 10, 20, 30 และ 50 m และข้อมูลของผลิตภัณฑ์ระบุความแม่นยำสูงสุดประมาณ ±2 mm ทั้งนี้การเลือก Range และ Accuracy ที่เหมาะสมควรพิจารณาจากสภาพหน้างานจริง ไม่ควรเลือกจากตัวเลข Specification เพียงอย่างเดียว