Was sind die Vorteile und Nachteile von Ultraschallpegelsensoren? Grundsatz, Bewerbungen und Auswahlhandbuch

Ultraschall-Füllstandsensoren bestimmen den Abstand zu einer Flüssigkeits- oder Materialoberfläche durch Messung der Umlauflaufzeit eines akustischen Impulses. Sie werden häufig zur berührungslosen Füllstandsmessung in Wassertanks, offenen Becken, Abwassersystemen, Nassbrunnen und ausgewählten atmosphärischen Prozessbehältern verwendet. Da Ultraschallwellen jedoch ein Gasmedium für die Ausbreitung benötigen, können Temperatur, Dampf, Schaum, Staub und Oberflächenbedingungen die Messleistung erheblich beeinflussen.

1. Wie funktioniert ein Ultraschallpegelsensor?

Messverfahren

Sensor sendet einen Ultraschallpuls → Der Puls erreicht die Produktoberfläche → Ein Echo wird reflektiert → Der Sensor empfängt das Echo.

Entfernungsberechnung

D = c × t / 2, wobei D der Abstand zur Oberfläche, c die Schallgeschwindigkeit und t die Hin- und Rückfahrzeit ist.

Der Sender wandelt die gemessene Entfernung in die Höhe um, indem er die konfigurierte Leerstrecke oder Tankhöhe verwendet. Da sich die Schallgeschwindigkeit in der Luft mit der Temperatur ändert, enthalten industrielle Ultraschallgeräte normalerweise eine automatische Temperaturkompensation.

2. Hauptvorteile von Ultraschallpegelsensoren

kontaktlose Messung

Der Sensor muss nicht in die Flüssigkeit eingetaucht werden, wodurch direkte Korrosion, Verschmutzung, Skalierung und mechanischer Verschleiß reduziert werden.

Einfache Installation

Eine Gewinde-, Flansch- oder Konsolenmontage kann insbesondere für offene Becken, Tanks und Abwasserbrunnen verwendet werden.

Geringe Wartung

Es gibt keine Schwimmer, Lenker oder eingetauchte bewegliche Bauteile. Die routinemäßige Wartung beinhaltet hauptsächlich die Überprüfung der Sensorseite und die Installation.

Wettbewerbsfähigkeitskosten

Für die Messung des atmosphärischen Wassers und des allgemeinen Prozessniveaus kann die Ultraschalltechnologie eine kostengünstige Lösung bieten.

Nicht direkt von der flüssigen Dichte betroffen

Das Instrument misst den Abstand zur Oberfläche und nicht den hydrostatischen Druck.

Breites Anwendungsspektrum

Geeignet für Wasser, Abwasser, ausgewählte Chemikalien und einige körnige oder grobe Feststoffe.

3. Hauptbeschränkungen der Ultraschallpegelmessung

Temperaturauswirkungen

Die Lufttemperatur verändert die Schallgeschwindigkeit. Die Temperaturkompensation reduziert den Effekt, aber starke Gradienten können noch zusätzliche Fehler verursachen.

Schaum

Dicker oder loser Schaum kann akustische Energie absorbieren oder streuen und das tatsächliche Echo der Flüssigkeitsoberfläche schwächen.

Dampf und flüchtige Gase

Änderungen der Gaszusammensetzung können die akustischen Ausbreitungsbedingungen verändern und können nicht immer durch eine normale Temperaturkompensation korrigiert werden.

Staub

Schwerer Luftstaub kann Schall dämpfen oder streuen, so dass Radar eine Bewertung für schwierige Feststoffanwendungen wert ist.

Oberflächenturbulenz

Agitation, Vortexing, Wasserfälle oder hoher Einlassfluss können das Echo vom Sensor weg lenken.

Vakuum

Ultraschallwellen erfordern ein Gasmedium, daher sind Standard-Ultraschallpegelsensoren nicht für Nahvakuumschiffe geeignet.

4. Was ist die blockierende Distanz?

Nach dem Aussenden eines Ultraschallimpulses schwingt der Wandler kurzzeitig weiter und kann nicht zuverlässig ein sehr enges Echo empfangen. Der Bereich in der Nähe des Sensors, in dem die Messung nicht zuverlässig ist, wird alsSperrabstand, Totzone oder Nahfeld-Austastzone.

Auswahlregel:Der Blockierabstand variiert zwischen den Sensormodellen erheblich. Der maximale Flüssigkeitsstand muss außerhalb der angegebenen Sperrstrecke mit einem angemessenen Sicherheitsabstand bleiben. Eine größere Maximalreichweite bedeutet nicht automatisch einen besseren Sensor für jede Anwendung.

5. Warum beeinflusst die Temperatur die Ultraschallmessung?

Ultraschallpegelmessgeräte berechnen die Entfernung aus Schallgeschwindigkeit und Reisezeit, während sich die Schallgeschwindigkeit in der Luft mit der Temperatur ändert. Industrielle Sensoren verwenden daher normalerweise einen integrierten Temperatursensor, um die Berechnung zu kompensieren.

In hohen Tanks, Außenbecken oder Anlagen mit starker thermischer Schichtung kann die Durchschnittstemperatur entlang des gesamten Schallwegs von der in der Nähe des Wandlers gemessenen Temperatur abweichen. Ein zusätzlicher Fehler kann daher auch bei aktiver Temperaturkompensation bestehen bleiben.

6. Wie beeinflussen Schaum, Dampf und flüchtige Medien die Messung?

7. Können Ultraschallpegelsensoren Feststoffe messen?

Ultraschallsensoren können für ausgewählte körnige und grobe Materialien wie Getreide, Kunststoffpellets, Kohle und einige Mineralprodukte verwendet werden. Festkörper bilden jedoch oft geneigte Oberflächen, so dass das reflektierte akustische Signal möglicherweise nicht direkt zum Sensor zurückkehrt.

Bei Zement, Flugasche, Mineralpulver und anderen staubigen Materialien kann Luftstaub das Signal weiter dämpfen. Radar-Füllstandsmessung sollte daher auch für große oder schwierige Schüttgutanwendungen in Betracht gezogen werden.

8. Ultraschall vs. Radarpegelmessung

9. Typische Anwendungen

Wassertanks und -becken

Atmosphärentanks mit relativ stabilen Umgebungsbedingungen sind typische Ultraschallanwendungen.

Abwasser und Nassbrunnen

Der Sensor bleibt nicht in Abwasser eingetaucht, wodurch die direkte Kontamination und Wartung reduziert wird.

Hydrologie

Geeignet für ausgewählte Kanäle, Reservoirs und andere offene Wasserüberwachungsanwendungen.

Ausgewählte lose Feststoffe

Kann für einige grobe oder körnige Feststoffe verwendet werden, bei denen Staub und Oberflächenneigung überschaubar bleiben.

10. Installationsrichtlinien

Ziel an der Oberfläche

Der Sensor sollte möglichst senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche ausgerichtet sein.

Einlassstrom vermeiden

Hochgeschwindigkeitszufluss, Wasserfälle und fallendes Material können das tatsächliche Oberflächenecho stören.

Hindernisse vermeiden

Leitern, Rohre, Balken, Rührer und Gefäßstrukturen können falsche Echos erzeugen.

Halten Sie das Sensorgesicht sauber

Kondensation, Schmutz, Schlamm, Frost oder Spinnennetze können die Übertragung und den Empfang stören.

11. Benötigt ein Ultraschallpegelsensor eine Kalibrierung?

Ultraschallgeräte erfordern normalerweise keine häufige Kalibrierung mit flüssigem Standard wie analytische Sensoren wie pH-Wert oder Sonden für gelösten Sauerstoff. Die korrekte Konfiguration und Feldüberprüfung ist jedoch nach der Installation weiterhin erforderlich.

Leere Entfernung

Vollskalige Reichweite

4–20 mA Skalierung

Sperrweg

Ansprechzeit

Falsche Echounterdrückung

Es ist daher genauer zu sagen, dass UltraschallpegelsensorenNormalerweise ist keine häufige Neukalibrierung erforderlich, jedoch ist eine korrekte Einrichtung und Feldüberprüfung erforderlich..

12. Vor der Auswahl erforderliche Informationen

Messung

Mittlere Bezeichnung
Maximaler Messabstand
Höchstgehalt
Oberflächenturbulenz

Prozessbedingungen

Temperatur
Druck
Schaum
Dampf
Staub

Installation

Abmessungen des Behälters oder des Beckens
Einbaulage
Gewinde/Flansch/Becken
Website-Fotos

Elektrisch

Stromversorgung
4–20 mA
RS485 Modbus
Relais
IP/Ex-Anforderungen

  FAQ

1. Was ist der Hauptvorteil eines Ultraschallpegelsensors?

Der Hauptvorteil ist die berührungslose Messung. Der Sensor muss nicht in die Prozessflüssigkeit eingetaucht bleiben, wodurch Korrosion, Verschmutzung und Aufbau reduziert werden.

2. Was ist der Hauptnachteil?

Ultraschallmessung hängt von der akustischen Ausbreitung durch den Gasraum ab, so dass Temperatur, Dampf, Schaum, Staub und Gaszusammensetzung die Leistung beeinflussen können.

3. Wie weit kann ein Ultraschallpegelsensor messen?

Das hängt vom spezifischen Sensor ab. Industrieprodukte sind in mehreren Klassen erhältlich, während der tatsächliche nutzbare Abstand auch von Schaum, Dampf, Staub, Turbulenzen und Montagebedingungen beeinflusst wird.

4. Können Ultraschall-Füllstandssensoren Abwasser messen?

Ja. Abwasserbecken und Nassbrunnen sind übliche Anwendungen, aber Schwerschaum, Belüftung oder starke Turbulenzen sollten vor der endgültigen Auswahl bewertet werden.

5. Können Ultraschall-Füllstandsensoren Öl messen?

Einige Öle können gemessen werden, aber flüchtige Dämpfe im Gasraum können die akustische Ausbreitung verändern und sollten in Betracht gezogen werden.

6. Warum ist eine Temperaturkompensation erforderlich?

Weil sich die Schallgeschwindigkeit in der Luft mit der Temperatur ändert. Ohne eine angemessene Kompensation können Temperaturänderungen zu Abstandsfehlern werden.

7. Können Ultraschallsensoren in Vakuumbehältern verwendet werden?

Standard-Ultraschallgeräte sind in der Regel ungeeignet, da Schall ein Gasmedium zur Ausbreitung benötigt.

8. Haben Ultraschallpegelsensoren eine Totzone?

Ja. Der tatsächliche Sperrweg hängt von der Sensorauslegung und dem Messbereich ab. Der Höchstgehalt muss außerhalb des angegebenen Nahfeldbereichs liegen.

9. Verhindert Schaum immer die Ultraschallmessung?

Nein. Dünner, nasser Schaum kann immer noch ein verwendbares Echo liefern, während dicker, loser oder sich ständig verändernder Schaum das akustische Signal viel wahrscheinlicher dämpft.

10. Welche Informationen benötigt METRAVON für die Auswahl?

Bitte geben Sie das Medium, den maximalen Messabstand, den maximalen Füllstand, die Temperatur, den Druck, den Schaum, den Dampf, die Rührbedingungen, die Montagemethode, das Ausgangssignal und die Fotos vom Standort an.

Schlussfolgerung

Die Hauptvorteile von Ultraschallpegelsensoren sindBerührungslose Messung, einfache Konstruktion, einfache Installation, relativ geringe Wartung und wettbewerbsfähige Gesamtkosten. Sie eignen sich besonders für Wassertanks, Becken, Abwassersysteme, Nassbrunnen, offene Kanäle und ausgewählte atmosphärische Prozessanwendungen.

Ihre wichtigsten Einschränkungen beziehen sich auf dieakustische Ausbreitungsumgebung. Temperaturgradienten, Schaum, Dampf, flüchtige Gase, Staub, Vakuum und starke Oberflächenturbulenzen können die Messstabilität beeinflussen. Die Auswahl sollte daher mehr als die maximale Reichweite allein berücksichtigen.

METRAVON kann Ultraschall- und Radarpegelmessungen je nach Prozessmedium, Messbereich, Temperatur, Druck, Behälterstruktur, Einbaubedingungen und erforderlicher Ausgabeschnittstelle vergleichen.