레이다 레벨 측정 설명

시장에는 서로 다른 레벨 측정 방식을 사용하는 다양한 모델이 있습니다. 어떤 방식이 어떤 프로세스에 가장 적합한지는 해당 프로세스의 특성과 요구사항에 따라 달라집니다.

그렇다면 압력식, 정수압식, 정전용량식, 초음파식 또는 그 외의 방식 중에서 어떤 유형의 센서를 선택해야 할까요? 각 방식은 나름의 적용 분야가 있지만, 레이다 기술은 다양한 적용 분야에서 활용할 수 있다는 범용성 측면에서 독보적입니다. 여기에 IIoT 기능이 결합되면 모니터링과 제어 능력이 크게 향상됩니다.

레이다 레벨 트랜스미터는 일반적으로 ToF(Time-of-Flight)와 FMCW(Frequency-Modulated Continuous Wave)라는 두 가지 원리 중 하나를 사용해 작동합니다. 다음에서 각 원리를 상세히 설명합니다.

이 방식은 레이다 계기가 제품 표면을 향해 레이다 펄스를 방출하고 표면에서 반사되어 계기로 되돌아오는 신호를 통해 거리를 산출합니다. 안테나는 반사된 신호를 수신하여 전자장치로 전달하고, 마이크로프로세서는 에코를 분석하여 신호가 되돌아오는 데 걸린 시간을 계산합니다.

표면까지의 거리(D)는 레이다 펄스의 비행 시간(t)에 비례합니다. 마이크로프로세서가 사용하는 공식은 다음과 같습니다.

D = c · t/2

여기에서 c는 빛의 속도를 의미합니다.

계기가 거리(D)를 계산한 후에 빈 거리(E)를 기준으로 레벨(L)을 계산할 수 있습니다.

L = E-D

이 방식은 레이다 센서가 고주파 신호를 방출합니다. 이 주파수는 시간에 따라 증가하고 주파수 스윕 또는 신호 스윕을 생성합니다. 이 신호는 제품 표면에서 반사되어 안테나에 의해 수신되고 시간 지연(t)과 함께 전자장치에 전달됩니다.

수신된 주파수는 방출된 주파수와 다르고, 그 차이(Δf)는 에코 곡선에 비례합니다. 푸리에 변환을 스펙트럼에 적용하면 다음과 같이 표시됩니다.

계기는 탱크 높이와 측정된 거리의 차이를 계산하여 레벨을 결정합니다. 이 방식은 ToF 방식보다 복잡하지만, 모든 계산이 계기 내부에서 처리되므로 추가적인 작업 없이도 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.

주파수 대역을 이해하고 어떤 방식이 가장 적합한지 판단하기 위해서는 전문가의 도움을 받는 것이 좋습니다. 비접촉식 레벨 센서는 네 가지 대역으로 제공되며, 대부분은 6 GHz, 10 GHz 또는 26 GHz에서 작동합니다.

최근에는 80 GHz 기능을 갖춘 레이다 센서가 시장에 등장했습니다. 이 센서들은 특히 기존 레이다 트랜스미터가 빔 각도로 인해 더 많은 공간을 필요로 하는 적용 분야에서 프로세스 설치에 큰 이점을 제공합니다.

어떤 주파수 대역이 어떤 프로세스에 가장 적합할까요? 그 답은 다양한 적용 분야별 요인에 따라 달라집니다. 상세한 조사를 수행할 수도 있고 프로세스 데이터를 전문가에게 제공해 도움을 받을 수도 있습니다. 전자는 철저함을 보장하고, 후자는 신속함을 제공합니다.

IIoT 레이다 센서는 최신 세대의 소형 레벨 측정 계기를 대표하는 제품입니다. 엔드레스하우저의 Micropilot FWR30 같은 모델은 소형 탱크에 쉽게 설치할 수 있도록 설계되었고 필요에 따라 위치를 변경할 수 있습니다.

이러한 이동성은 배터리 전원과 무선 통신 덕분에 가능하며, 인터넷 연결이 가능한 위치라면 어디로든 탱크를 이동하면서 연속적인 데이터 전송을 유지할 수 있습니다.

추가 기능으로는 로컬 추적, 최소 및 최대 한계값 설정, 측정값 변화 시 자동 알림 등이 있습니다. 80 GHz로 작동하는 이 센서는 공간이 제한적인 곳에서도 신뢰할 수 있고 정확한 측정을 제공하기 때문에 소형 용기에 적합합니다.

Micropilot FWR30과 같은 클라우드 기반 IIoT 레이다 계기는 몇 가지 간단한 단계만 거치면 설정할 수 있습니다. 설정이 완료되면 모든 측정 데이터를 스마트폰, 노트북 또는 태블릿에서 확인할 수 있습니다. Netilion IIoT 생태계에서 제공하는 서비스와 같은 보완 서비스는 대시보드, 이력 데이터, 매핑, 알림 등 다양한 고급 기능을 제공합니다.