超音波レベル送信器でよくある問題

超音波式液面送信器の代表的な課題：密閉タンク、乱流のある表面、ブラインドゾーン、および設置ガイド（

）。超音波式液面送信器は、非接触式の飛行時間測定法を用いて、液体または塊状固体の表面位置を測定します。センサは対象物に向かって超音波パルスを送信し、反射されたエコーを受信した上で、測定された伝搬時間と現在の音速から距離を算出します。

超音波式計測は、貯水槽、廃水システム、貯水池、開放型水路、工業用容器、および特定のバルク固体用サイロなどにおいて広く用いられています。計測の安定性は、温度、ガス組成、蒸気、凝縮、フォーム、表面の動き、粉塵、および設置構造によって影響を受ける可能性があります。したがって、長期的な性能を確保するためには、適切な選定と適切な設置が不可欠です。

1. 超音波式水位送信器の動作原理とは？

超音波トランスデューサは処理媒体の上方に設置され、液体または固体の表面に向かって音響パルスを送信する。音波は材料表面で反射され、そのエコーの一部がトランスデューサに反射して戻り、そこで電気信号に変換される。

本計器は往復移動時間を測定し、ガス空間内の音速を用いて距離を算出します：

距離 = 音速 × 往復時間 ÷ 2

設置時の基準高さが既知である場合、実際の水位は以下の式で算出できます：

水位 = 基準高さ − 材料表面までの距離

空気中の音速は温度に依存するため、産業用超音波式液面計では、温度による測定誤差を低減すべく、温度検出および補正機能を一般的に採用しています。

2．密閉タンク内の揮発性液体はどのように測定すべきか？

揮発性液体を収容する密閉タンクでは、液体上層のガス組成およびトランスデューサにおける凝縮に注意を払う必要がある。超音波信号はガス空間を伝播するため、蒸気組成が通常の空気と著しく異なる場合、音速も変化し、距離誤差が生じる可能性がある。

揮発性媒体は、より冷たいトランスデューサ表面に凝縮することもできます。永続的な液体フィルムまたは凝縮層は、送受信された音波を減衰させ、不安定なエコーを引き起こす可能性があります。

ガス組成を確認

蒸気空間が空気と著しく異なる場合、音速および測定精度に及ぼす影響を評価すること。

凝縮の監視

変換素子に持続的に形成される液体膜は、エコー強度を低下させる可能性があり、異なる取付位置の採用または定期的な点検が必要となる場合がある。

蒸気濃度の変動の評価

蒸気濃度が変動するプロセスについては、慎重に評価すべきであり、適切な場合にはレーダーまたはその他の非接触式技術と比較することが可能である。

3. 高速で移動する液体表面において、測定をどのように安定化させることができるか？

充填、排水、攪拌、曝気およびポンプ運転により、表面に連続的な変動が生じる可能性がある。超音波パルスが傾斜した表面または高速で移動する表面に到達した場合、音響エネルギーの一部がトランスデューサから反射され、得られるエコーの強度が低下するおそれがある。

測定安定性は、取り付け位置の調整、測定範囲の選択、および信号処理の適用によって通常向上する。

取り付け位置を最適化してください。

センサーは、平均的な液面を示す比較的安定した区域の上、および攪拌装置、入口部、および強い乱流から離れた場所に設置してください。

十分な測定余裕を確保してください。

表面の動き、泡、および蒸気は、利用可能なエコー強度を低下させる可能性があるため、測定範囲には適切な適用マージンを設けるべきである。

減衰およびフィルタリングの適用

平均化、減衰、およびエコー処理の設定により、応答速度と出力の安定性を両立させることができる。

適切な場合には定置井の設置

特定の液体用途では、適切に設計された定置井を用いることで、より安定した測定面を確保できる。

4.超音波測定に適した温度および圧力条件はどのようなものか？

許容温度とプロセス圧力は、トランスデューサーの材料、プロセス接続、および機器の構造によって異なります。異なる超音波モデルは、著しく異なる限界を有することができる。したがって、

プロジェクトの選択を確認する必要がありますプロセス温度、周囲温度および许容プロセス圧力別々に。高温、高圧、重蒸気、または異常な気相のアプリケーションでは、超音波測定を選択する前に追加の評価が必要です。

5.超音波レベル送信機のブラインドゾーンは何ですか?

超音波パルスを送信した後、トランスデューサは短時間まで振動を継続するため、反射信号が極めて速く戻ってくる場合、その信号を確実に検出することができない。この現象により、センサの近傍に測定不可能な短距離の領域が生じる。この領域は一般的に「ブラインドゾーン」、すなわち「遮蔽距離」または「デッドゾーン」（）と呼ばれている。

期待される最大レベルは、この遮蔽距離の外側で維持されるべきである。したがって、設置高さは、最大プロセスレベルから適切なクリアランスを確保した上で設定する必要がある。

遮断距離は、トランスデューサの周波数、測定範囲、および構造によって異なります。短距離用および長距離用超音波送信機では、ブラインドゾーンが大きく異なる場合があるため、実際の値は選定したモデルのデータシートから確認する必要があります。

6. 2線式、3線式、および4線式超音波送信機の違いとは？

配線方式は、計測装置の電源および出力設計に応じて異なります。一般的な産業用構成には、2線式、3線式、および4線式があります。

配線方式だけでは超音波伝送性能が決定されるわけではありません。実際の測定性能は、トランスデューサのサイズ、電子回路の設計、エネルギー管理、および計測器の測定範囲に依存します。設置の際は、選定した製品の配線図に従ってください。

工程設計における最も重要な考慮事項は何か？

取付位置は、超音波測定における安定性に大きな影響を及ぼします。センサーは代表的な表面の上方に設置し、明確な音響経路を確保する必要がある。

：充填点の設置を避けること。

落下する固体物質および流入する液体は、実質的な表面を遮蔽し、不安定なエコーを生じ得ます。

攪拌装置の使用を避けること。

攪拌装置のブレードおよび乱流は、表面状態を継続的に変化させます。

固定された障害物の使用を避けること。

ラダー、梁、パイプなどは、不要な音響反射を生じ得ます。

ブラインドゾーンを確保すること。

最大プロセス液面は、指定された遮蔽距離の外側で維持すること。

8.フランジおよびノズルの寸法はどのように選定すべきか？

取り付け・開閉寸法は、センサーの測定範囲、トランスデューサの直径、音響ビーム、および製品構造に依存します。ノズルが長または細い場合、音の伝播が制限され、追加の内部反射が生じる可能性があります。したがって、

のフランジサイズおよびノズル長は、該当する超音波式水位計の設置要件に従う必要があります。長距離用トランスデューサには、一般的にトランスデューサ周囲に適切なクリアランスが必要となるのに対し、短距離用製品には、通常の送信および受信を可能にする十分な開口面積が求められる。

9. 超音波式液面送信器と超音波式固体液面センサーの違いは何ですか？

「超音波式液面計」は、液体およびバルク固体の非接触式測定を包括する一般的な用語である。

液体に使用する場合、本装置は通常「超音波式液面送信器」と呼ばれる。粉末、粒状物、またはその他の固体に使用する場合、一般的には「超音波式固体液面センサー」または「バルク固体用超音波式液面センサー」と呼ばれる。飛行時間方式は同一であるが、固体用途では通常、より広い測定許容範囲およびより強力なエコー処理能力が求められる。

10。バルク固体における超音波測定法の有効性はどの程度か？

超音波計は、粉末、粒状物、および選定されたバルク固体の測定が可能である。ただし、固体表面では液体表面に比べてエコー条件がより複雑になることが多い。バルク材料は傾斜面を形成し、音響散乱が生じ、また空中に浮遊する粉塵がエコー強度を低下させる可能性がある。そのため、

の固体材料の測定では、通常、追加の測定余裕を確保するとともに、充填流路から適切な距離を確保した適切な設置が求められる。好ましい位置は、材料の平均的な状態を反映し、安定した反射領域を提供するべきである。

固体の測定可能範囲は、同一のトランスデューサの液体測定範囲よりも狭くなる場合があります。具体的な関係性は、粒子径、粉塵の存在、休止角、および音響反射率に依存するため、使用可能な測定範囲は、対象とするバルク材料に応じて適切に評価する必要があります。

11．腐食性、粘性、または濁った液体は超音波測定に適していますか？

超音波式液面送信装置は通常、液体の上方に設置され、プロセス液中に浸漬されることはないため、腐食性、粘性、または濁度が高い特定の液体の計測に有効である。

アプリケーションでは、蒸気、泡、凝縮、およびプロセス温度を依然として考慮する必要がある。高揮発性の媒体、蒸気組成の著しい変動、または持続的に発生する厚い泡は、音の伝播およびエコーの品質に影響を及ぼす可能性があるため、選定段階で評価を行うべきである。

12.一般的な問題および点検項目

FAQ

Q1：密閉タンク内の揮発性液体に対して、超音波式レベル送信装置を使用することは可能でしょうか？

A1：はい。蒸気空間の条件によって異なります。揮発性ガスは音速を変化させる可能性があり、凝縮によりトランスデューサの性能が低下するおそれがあるため、媒体、温度、および蒸気状態を適切に評価する必要があります。

Q2：液体の表面が激しく変動する場合に、超音波による測定が可能でしょうか？

A2：はい。適切な取付位置、適切な測定範囲、減衰およびフィルタリングを講じることで、測定安定性を向上させることができます。特定の液体用途では、適切に設計された静置井を用いることも可能です。

Q3：超音波式液面送信器のブラインドゾーンとは何ですか？

A3：トランスデューサーの近傍領域では、反射エコーを確実に検出することが困難です。プロセスの最大レベルは、この領域外に保つ必要があります。

Q4：2線式超音波レベル送信器の利点は何ですか？

A4：2線式送信器は、通常、電源および 4-20mA 信号の伝送に同一の電線対を使用するため、プロセス計測装置の現場配線が簡素化されます。

Q5：3線式超音波送信機と4線式送信機は同じですか？

A5：いいえ。これらは異なる配線構造を採用しています。3線式設計では、電力回路と信号回路に共通の導体を共有するのに対し、4線式設計では通常、電力回路と信号回路を分離しています。

Q6：超音波式液面送信機を腐食性液体環境で使用することは可能ですか？

A6：非接触式測定では液体への直接接触を回避できますが、トランスデューサの材質、腐食性蒸気、温度、および凝縮の発生については、引き続き考慮する必要があります。

Q7：超音波式計測装置は、粉体および粒状物を測定できますか？

A7：はい。粉塵、傾斜した表面、および音響散乱により、利用可能なエコー強度が低下する可能性があるため、追加の測定余裕と慎重な取付がしばしば必要となります。

Q8：取付開口部はどのように選定すべきですか？

A8：フランジ、ねじ部、またはノズルの寸法は、トランスデューサのサイズ、測定範囲、ビーム特性、および該当モデルの設置要件に基づいて選定する必要があります。

結論

超音波式液面送信器は、水、廃水、貯蔵タンク、および特定のバルク固体計測用途において用いられる、成熟した非接触式計測技術である。長期的な計測安定性は、気相中の音速、温度補正、蒸気凝縮、表面の移動、ブラインドゾーン、および取り付け位置に依存する。

密閉タンク内の揮発性液体では、ガス組成および凝縮への配慮が求められる。動的な液体表面の計測には、適切な取り付け方法、測定許容範囲、およびデジタルフィルタリングの適用が有効である。固体物質の計測においては、粉塵の発生、粒子の散乱、および材料の傾斜を考慮する必要がある。2線式、3線式、4線式の計測方式の選定は、計測装置の電力および信号構成に基づいて行い、フランジのサイズ、ノズルの長さ、および遮断距離については、選定したモデルの技術仕様書に従うべきである。

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