Quali sono i vantaggi e svantaggi dei sensori di livello ultrasuoni? Principio, applicazioni e guida di selezione

I sensori a livello ultrasuoni determinano la distanza da una superficie liquida o materiale misurando il tempo di viaggio di andata e ritorno di un impulso acustico. Sono ampiamente utilizzati per la misurazione del livello non contatto in serbatoi d'acqua, bacini aperti, sistemi di acque reflue, pozzi bagnati e navi di processo atmosferici selezionate. Tuttavia, poiché le onde ultrasoniche richiedono un mezzo di gas per la propagazione, la temperatura, il vapore, la schiuma, la polvere e le condizioni di superficie possono influenzare significativamente le prestazioni di misura.

1. Come funziona un sensore di livello ultrasuoni?

Processo di misurazione

Il sensore trasmette un impulso ultrasonico → Il polso raggiunge la superficie del prodotto → Un eco si riflette → Il sensore riceve l'eco.

Calcolo della distanza

D = c × t / 2, dove D è la distanza dalla superficie, c è la velocità del suono, e t è il tempo di viaggio di andata e ritorno.

Il trasmettitore converte la distanza misurata in livello utilizzando la distanza vuota configurata o l'altezza del serbatoio. Poiché la velocità del suono nei cambiamenti dell'aria con la temperatura, gli strumenti a ultrasuoni industriali normalmente includono la compensazione automatica della temperatura.

2. Principali vantaggi dei sensori di livello ultrasonico

Misurazione non collegata

Il sensore non deve essere immerso nel liquido, riducendo la corrosione diretta, la contaminazione, la scagliatura e l'usura meccanica.

Installazione semplice

Il montaggio filettato, flangia o staffa può essere utilizzato, in particolare per bacini aperti, serbatoi e pozzi d'acqua di scarico.

Bassa manutenzione

Non ci sono galleggianti, barre guida, o componenti mobili immersi. La manutenzione ordinaria prevede principalmente il controllo della faccia del sensore e dell'installazione.

Costo competitivo

Per la misurazione dell'acqua atmosferica e del livello di processo generale, la tecnologia a ultrasuoni può fornire una soluzione economica.

Non direttamente interessato da Densità liquida

Lo strumento misura la distanza alla superficie piuttosto che la pressione idrostatica.

Ampia gamma di applicazioni

Adatto per acqua, acque reflue, prodotti chimici selezionati, e alcuni materiali solidi granulari o grossolani.

3. Limitazioni principali di misura di livello ultrasonico

Effetti della temperatura

La temperatura dell'aria cambia la velocità del suono. La compensazione della temperatura riduce l'effetto, ma i forti gradienti possono ancora introdurre errori aggiuntivi.

Schiuma

La schiuma spessa o sciolta può assorbire o spargere l'energia acustica e indebolire l'eco della superficie liquida reale.

Gas vapori e volatili

I cambiamenti nella composizione del gas possono alterare le condizioni di propagazione acustica e non possono sempre essere corretti dalla normale compensazione della temperatura.

La polvere

La polvere resistente all'aria può attenuare o spargere il suono, rendendo il radar degno di valutazione per applicazioni solide difficili.

Tubo di superficie

L'agitazione, il vortice, le cascate o l'alto flusso di ingresso possono reindirizzare l'eco lontano dal sensore.

Vuoto

Le onde ultrasoniche richiedono un mezzo di gas, quindi i sensori standard di livello ultrasuoni non sono adatti per i vasi a vuoto.

4. Qual è la distanza di blocco?

Dopo aver trasmesso un impulso a ultrasuoni, il trasduttore continua a vibrare per un breve periodo e non può ricevere in modo affidabile un eco molto vicino. L'area vicino al sensore in cui la misurazione non è affidabile è conosciuta comedistanza di blocco, zona morta, o zona di svuotamento vicino campo.

Regola di selezione:La distanza di blocco varia in modo significativo tra i modelli dei sensori. Il livello massimo liquido deve rimanere al di fuori della distanza di blocco specificata con un margine di sicurezza appropriato. Un range massimo più ampio non significa automaticamente un sensore migliore per ogni applicazione.

5. Perché la temperatura influisce sulla misurazione ultrasuoni?

Gli strumenti a livello ultrasuoni calcolano la distanza dalla velocità del suono e dal tempo di viaggio, mentre la velocità del suono in aria cambia con la temperatura. I sensori industriali utilizzano quindi normalmente un sensore di temperatura integrato per compensare il calcolo.

Nei serbatoi alti, nei bacini esterni o nelle installazioni con forte stratificazione termica, la temperatura media lungo il percorso sonoro completo può differire dalla temperatura misurata vicino al trasduttore. L'errore aggiuntivo può quindi rimanere anche quando la compensazione della temperatura è attiva.

6. Come si misurano schiuma, vapore e media volatili?

7. I sensori di livello ultrasuoni possono misurare i solidi?

I sensori a ultrasuoni possono essere utilizzati per materiali granulari e grossolani selezionati come grano, pellet di plastica, carbone e alcuni prodotti minerali. Tuttavia, i solidi spesso formano superfici inclinate, quindi il segnale acustico riflesso non può tornare direttamente al sensore.

Per il cemento, la cenere mosca, la polvere minerale e altri materiali polverosi, la polvere d'aria può ulteriormente attenuare il segnale. La misurazione del livello radar dovrebbe quindi essere considerata anche per applicazioni solide grandi o difficili.

8. Ultrasonic vs. Misurazione del livello radar

9. Applicazioni tipiche

Serbatoi e bacino d'acqua

I serbatoi atmosferici con condizioni ambientali relativamente stabili sono applicazioni a ultrasuoni tipiche.

Wastewater e Wet Wells

Il sensore non rimane sommerso nelle acque reflue, riducendo la contaminazione diretta e la manutenzione.

Idrogeno

Adatto per canali, serbatoi e altre applicazioni di monitoraggio dell'acqua aperta.

Solidi Bulk selezionati

Può essere utilizzato per alcuni solidi grossolani o granulari in cui la polvere e la pendenza superficiale rimangono maneggevoli.

Dieci. Guida all'installazione

Mirare alla superficie

Il sensore deve essere allineato come perpendicolare alla superficie liquida come pratico.

Evitare il flusso di ingresso

Flusso ad alta velocità, cascate e materiale in caduta possono interferire con l'eco della superficie reale.

Evitare le ostruzioni

Scale, tubi, travi, agitatori e strutture dei vasi possono generare false eco.

Tenere pulita la faccia del sensore

Condensazione, sporcizia, fanghi, gelo o ragnatele possono interferire con trasmissione e ricezione.

11. Un sensore di livello ultrasuoni richiede la calibrazione?

Gli strumenti a ultrasuoni normalmente non richiedono una frequente taratura standard liquido nel modo in cui i sensori analitici come pH o sonde di ossigeno disciolte fanno. Tuttavia, la corretta configurazione e la verifica del campo sono ancora necessarie dopo l'installazione.

Distanza vuota

Gamma completa

Riscaldamento 4-20 mA

Distanza di blocco

Tempo di risposta

Soppressione False-Echo

È quindi più accurato dire che i sensori di livello ultrasuoninormalmente non richiedono una ricalibrazione frequente, ma richiedono una corretta configurazione e verifica del campo.

12. Informazioni richieste prima della selezione

Misura

Nome medio
Distanza massima di misura
Livello massimo
turbolenza di superficie

Condizioni di lavoro

Temperatura
Pressione
Schiuma
Vaporizzatore
La polvere

Installazione

Dimensioni serbatoio o bacino
Posizione di montaggio
Filo/flange/bracket
Foto del sito

Elettricità

Alimentazione elettrica
4-20 mA
Modbus RS485
Relè
Requisiti IP/Ex

  FAQ

1. Qual è il vantaggio principale di un sensore a livello ultrasuoni?

Il vantaggio principale è la misurazione senza contatto. Il sensore non deve rimanere immerso nel liquido di processo, riducendo la corrosione, la contaminazione e l'accumulo.

2. Qual è lo svantaggio principale?

La misurazione a ultrasuoni dipende dalla propagazione acustica attraverso lo spazio del gas, quindi la temperatura, il vapore, la schiuma, la polvere e la composizione del gas possono influenzare le prestazioni.

3. Quanto può misurare un sensore di livello ultrasuoni?

Dipende dal sensore specifico. I prodotti industriali sono disponibili in più classi di gamma, mentre la distanza utilizzabile effettiva è influenzata anche da schiuma, vapore, polvere, turbolenza e condizioni di montaggio.

4. I sensori a livello ultrasuoni possono misurare le acque reflue?

Si'. I bacini di acque reflue e i pozzi bagnati sono applicazioni comuni, ma la schiuma pesante, l'aerazione o la turbolenza forte devono essere valutate prima della selezione finale.

5. I sensori di livello a ultrasuoni possono misurare l'olio?

Alcuni oli possono essere misurati, ma i vapori volatili nello spazio gas possono cambiare la propagazione acustica e devono essere considerati.

6. Perché è necessario compensare la temperatura?

Perché la velocità del suono in aria cambia con la temperatura. Senza una corretta compensazione, le variazioni di temperatura possono diventare errori di distanza.

7. I sensori a ultrasuoni possono essere utilizzati nei recipienti a vuoto?

Gli strumenti a ultrasuoni standard sono generalmente inadatti perché il suono richiede un mezzo di gas per la propagazione.

8. I sensori a livello ultrasuoni hanno una zona morta?

Si'. L'effettiva distanza di blocco dipende dalla progettazione e dalla gamma di misura del sensore. Il livello massimo deve rimanere al di fuori dell'area di campo specificata.

9. La schiuma previene sempre la misurazione a ultrasuoni?

No. La schiuma sottile, bagnata può ancora fornire un eco utilizzabile, mentre la schiuma spessa, sciolta, o in continuo cambiamento è molto più probabile per attenuare il segnale acustico.

Dieci. Quali informazioni ha bisogno METRAVON per la selezione?

Si prega di fornire la distanza di misura media, massima, livello, temperatura, pressione, schiuma, vapore, condizioni di agitazione, metodo di montaggio, segnale di uscita e foto del sito.

Conclusioni

I principali vantaggi dei sensori di livello ultrasonico sonomisurazione senza contatto, costruzione semplice, facile installazione, manutenzione relativamente bassa e costi complessivi competitivi. Sono particolarmente adatti per serbatoi d'acqua, bacini, sistemi di acque reflue, pozzi bagnati, canali aperti e applicazioni di processo atmosferico selezionate.

I loro principali limiti sono legati allaambiente di propagazione acustica. I gradienti di temperatura, la schiuma, il vapore, i gas volatili, la polvere, il vuoto e la turbolenza superficiale grave possono tutti influenzare la stabilità di misura. La selezione dovrebbe quindi considerare più della gamma massima da sola.

METRAVON può confrontare la misurazione del livello ultrasonico e radar in base al mezzo di processo, al range di misura, alla temperatura, alla pressione, alla struttura del vaso, alle condizioni di installazione e all'interfaccia di uscita richiesta.