¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los sensores de nivel ultrasónico? Principio, Guía de Aplicaciones y Selección

Los sensores de nivel ultrasónico determinan la distancia a una superficie líquida o material midiendo el tiempo de viaje de ida y vuelta de un pulso acústico. Se utilizan ampliamente para la medición de nivel no contacto en tanques de agua, cuencas abiertas, sistemas de aguas residuales, pozos húmedos y vasos de proceso atmosférico seleccionados. Sin embargo, debido a que las ondas ultrasónicas requieren un medio de gas para la propagación, temperatura, vapor, espuma, polvo y condiciones superficiales pueden influir significativamente en el rendimiento de medición.

1. ¿Cómo funciona un sensor de nivel ultrasónico?

Proceso de medición

Sensor transmite un pulso ultrasónico → El pulso alcanza la superficie del producto → Un eco se refleja → El sensor recibe el eco.

Cálculo de distancia

D = c × t / 2, donde D es la distancia a la superficie, c es la velocidad del sonido, y t es el tiempo de viaje de ida y vuelta.

El transmisor convierte la distancia medida en el nivel utilizando la distancia vacía configurada o la altura del tanque. Debido a la velocidad del sonido en los cambios de aire con temperatura, los instrumentos ultrasónicos industriales normalmente incluyen una compensación automática de temperatura.

2. Principales ventajas de los sensores de nivel ultrasónico

Medición de no contacto

El sensor no necesita sumergirse en el líquido, reduciendo la corrosión directa, contaminación, escalado y desgaste mecánico.

Instalación sencilla

Se puede utilizar el montaje en rodajas, brida o soporte, especialmente para cuencas abiertas, tanques y pozos de aguas residuales.

Mantenimiento bajo

No hay flotadores, varillas guía, o componentes móviles inmersos. El mantenimiento de rutina consiste principalmente en comprobar la cara e instalación del sensor.

Costo competitivo

Para la medición del nivel de agua atmosférica y del proceso general, la tecnología ultrasónica puede proporcionar una solución rentable.

No directamente afectados por la densidad líquida

El instrumento mide la distancia a la superficie en lugar de la presión hidrostática.

Amplia gama de aplicaciones

Adecuado para agua, aguas residuales, sustancias químicas seleccionadas y algunos materiales sólidos granulares o gruesos.

3. Limitaciones principales de medición de nivel ultrasónico

Efectos de temperatura

La temperatura del aire cambia la velocidad del sonido. La compensación de temperatura reduce el efecto, pero los gradientes fuertes todavía pueden introducir errores adicionales.

Espuma

La espuma gruesa o suelta puede absorber o dispersar energía acústica y debilitar el eco de superficie líquida real.

Gases de vapor y volátiles

Los cambios en la composición del gas pueden alterar las condiciones de propagación acústica y no siempre pueden ser corregidos por la compensación de temperatura normal.

polvo

El polvo aerotransportado pesado puede atenuar o dispersar el sonido, haciendo que el radar valga la pena evaluar para aplicaciones de sólidos difíciles.

Turbulencia superficial

La agitación, el vórtice, las cascadas o el flujo de entrada alto pueden redirigir el eco lejos del sensor.

Vacuo

Las ondas ultrasónicas requieren un medio de gas, por lo que los sensores de nivel ultrasónico estándar no son adecuados para buques casi vacíos.

4. ¿Cuál es la distancia de bloqueo?

Después de transmitir un pulso ultrasónico, el transductor continúa vibrando durante un corto período y no puede recibir fiablemente un eco muy cercano. El área cerca del sensor donde la medición no es fiable se conoce como elbloqueo de distancia, zona muerta o zona en blanco cerca del campo.

Regla de selección:La distancia de bloqueo varía significativamente entre los modelos de sensores. El nivel máximo de líquido debe permanecer fuera de la distancia de bloqueo especificada con un margen de seguridad adecuado. Un rango máximo mayor no significa automáticamente un mejor sensor para cada aplicación.

5. ¿Por qué la temperatura afecta la medición ultrasónica?

Los instrumentos de nivel ultrasónico calculan la distancia de la velocidad del sonido y el tiempo de viaje, mientras que la velocidad del sonido en el aire cambia con la temperatura. Los sensores industriales utilizan normalmente un sensor de temperatura integrado para compensar el cálculo.

En tanques altos, cuencas exteriores o instalaciones con fuerte estratificación térmica, la temperatura media a lo largo de la vía de sonido completa puede diferir de la temperatura medida cerca del transductor. Por lo tanto, el error adicional puede permanecer incluso cuando la compensación de temperatura es activa.

6. ¿Cómo Afecta la Medición de los Medios Foam, Vapor y Volátiles?

7. ¿Pueden los sensores de nivel ultrasónico medir sólidos?

Los sensores ultrasónicos se pueden utilizar para determinados materiales granulares y gruesos como granos, pellets de plástico, carbón y algunos productos minerales. Sin embargo, los sólidos a menudo forman superficies pendientes, por lo que la señal acústica reflejada puede no regresar directamente al sensor.

Para cemento, ceniza de mosca, polvo mineral y otros materiales polvorientos, el polvo de aire puede atenuar aún más la señal. Por lo tanto, la medición del nivel de radar también debe considerarse para aplicaciones de sólidos grandes o difíciles.

8. Ultrasonic vs. Medición del nivel de radar

9. Aplicaciones típicas

Tanques de agua y cuencas

Los tanques atmosféricos con condiciones ambientales relativamente estables son aplicaciones ultrasónicas típicas.

Aguas residuales y pozos húmedos

El sensor no permanece sumergido en aguas residuales, reduciendo la contaminación directa y el mantenimiento.

Hidrología

Adecuado para canales seleccionados, embalses y otras aplicaciones de monitoreo de aguas abiertas.

Sólidos a granel seleccionados

Se puede utilizar para algunos sólidos gruesos o granulares donde el polvo y la pendiente superficial siguen siendo manejables.

10. Directrices de instalación

Objetivo de la superficie

El sensor debe alinearse como perpendicular a la superficie líquida como práctico.

Evite el flujo de entrada

Influjo de alta velocidad, cascadas y material de caída pueden interferir con el eco real de la superficie.

Evitar las obstruciones

Escaleras, tuberías, vigas, agitadores y estructuras de buques pueden generar falsos ecos.

Mantenga la cara del sensor limpia

Las redes de condensación, suciedad, lodos, heladas o araña pueden interferir en la transmisión y recepción.

11. ¿Una calibración del sensor de nivel ultrasónico?

Los instrumentos ultrasónicos normalmente no requieren calibración frecuente en la forma en que los sensores analíticos como pH o las sondas de oxígeno disueltas lo hacen. Sin embargo, la configuración correcta y la verificación de campo siguen siendo necesarias después de la instalación.

Distancia vacía

Gama a gran escala

Escalada de 4 a 20 mA

Distancia de bloqueo

Tiempo de respuesta

Represión falsa

Por lo tanto, es más preciso decir que los sensores de nivel ultrasóniconormalmente no requieren una recalibración frecuente, pero sí requieren una configuración correcta y verificación de campo.

12. Información requerida antes de la selección

Medición

Nombre medio
Distancia máxima de medición
Nivel máximo
Turbulencia superficial

Condiciones del proceso

Temperatura
Presión
Espuma
vapor
polvo

Instalación

Dimensiones de tanque o cuenca
Posición de montaje
Pan/flange/bracket
Fotos del sitio

Electrical

Suministro de energía
4 a 20 mA
RS485 Modbus
Relay
Requisitos IP/Ex

nbsp; FAQ

1. ¿Cuál es la principal ventaja de un sensor de nivel ultrasónico?

La principal ventaja es la medición sin contacto. El sensor no necesita permanecer inmerso en el líquido de proceso, reduciendo la corrosión, la contaminación y la acumulación.

2. ¿Cuál es la principal desventaja?

La medición ultrasónica depende de la propagación acústica a través del espacio de gas, por lo que la temperatura, vapor, espuma, polvo y composición de gas pueden afectar el rendimiento.

3. ¿Hasta dónde puede medir un sensor de nivel ultrasónico?

Depende del sensor específico. Los productos industriales están disponibles en varias clases de gama, mientras que la distancia útil real también se ve afectada por las condiciones de espuma, vapor, polvo, turbulencia y montaje.

4. ¿Pueden los sensores de nivel ultrasónico medir las aguas residuales?

Sí. Las cuencas de aguas residuales y los pozos húmedos son aplicaciones comunes, pero la espuma pesada, la aeración o la turbulencia fuerte deben evaluarse antes de la selección final.

5. ¿Pueden los sensores de nivel ultrasónico medir el aceite?

Algunos aceites se pueden medir, pero los vapores volátiles en el espacio del gas pueden cambiar la propagación acústica y deben ser considerados.

6. ¿Por qué se requiere compensación de temperatura?

Porque la velocidad del sonido en el aire cambia con temperatura. Sin una compensación adecuada, los cambios de temperatura pueden convertirse en errores de distancia.

7. ¿Pueden utilizarse sensores ultrasónicos en vasos vacíos?

Los instrumentos ultrasónicos estándar generalmente no son adecuados porque el sonido requiere un medio de gas para la propagación.

8. ¿Los sensores de nivel ultrasónico tienen una zona muerta?

Sí. La distancia de bloqueo real depende del diseño y rango de medición del sensor. El nivel máximo debe permanecer fuera del área de campo cercano especificada.

9. ¿La espuma siempre evita la medición ultrasónica?

No. La espuma gruesa y húmeda todavía puede proporcionar un eco usable, mientras que la espuma gruesa, suelta o continuamente cambiante es mucho más probable que atenue la señal acústica.

10. ¿Qué información necesita METRAVON para la selección?

Proporcione la distancia media, máxima medida, nivel máximo, temperatura, presión, espuma, vapor, condiciones de agitación, método de montaje, señal de salida y fotos del sitio.

Conclusión

Las principales ventajas de los sensores de nivel ultrasónico sonmedición sin contacto, construcción sencilla, fácil instalación, mantenimiento relativamente bajo y coste global competitivo. Son especialmente adecuados para tanques de agua, cuencas, sistemas de aguas residuales, pozos húmedos, canales abiertos y aplicaciones de proceso atmosférico seleccionadas.

Sus principales limitaciones están relacionadas conambiente de propagación acústica. Los gradientes de temperatura, espuma, vapor, gases volátiles, polvo, vacío y turbulencia superficial severa pueden afectar la estabilidad de medición. Por lo tanto, la selección debe considerar más que el rango máximo solo.

METRAVON puede comparar la medición ultrasónica y de nivel de radar según el medio de proceso, rango de medición, temperatura, presión, estructura del buque, condiciones de instalación y la interfaz de salida requerida.