Najczęstsze problemy z ultradźwiękowymi przetwornikami poziomu

Typowe problemy związane z przekaźnikami poziomu ultradźwiękowymi: zbiorniki zamknięte, powierzchnie o niestabilnej strukturze, strefa nieodkrywalna oraz przewodnik po instalacji –

Przekaźniki poziomu ultradźwiękowymi wykorzystują pomiar czasu podróży bez styku do określenia położenia powierzchni cieczy lub materiału pełnego. Sensor wysyła impuls ultradźwiękowy w kierunku materiału, odbiera odbity impuls i na podstawie zmiennego czasu podróży oraz aktualnej prędkości dźwięku oblicza odległość od powierzchni materiału.

Miernictwo ultradźwiękowe jest szeroko stosowane w zbiornikach wodnych, systemach oczyszczania ścieków, zbiornikach, kanałach otwartych, zbiornikach przemysłowych oraz w wybranych siloach dla ciał stałych. Stalność pomiarów może być wpływana przez temperaturę, skład gazu, parę, kondensację, pianę, ruch powierzchniowy, pył oraz geometrię instalacji. Właściwy wybór i montaż są zatem kluczowi dla długoterminowej wydajności.

1. Jak działa przetwornik poziomu ultradźwiękowego?

Przetwornik ultradźwiękowy jest umieszczony nad medium procesowym i nadaje impuls akustyczny w kierunku powierzchni cieczy lub ciała stałego. fale dźwiękowe są odbijane od powierzchni materiału, a część odbicia powraca do przetwornika, gdzie jest przekształcana w sygnał elektryczny.

Urządzenie mierzy czas podróży w obie strony i oblicza odległość, wykorzystując prędkość dźwięku w przestrzeni gazowej:

Odległość = Prędkość dźwięku × Czas podróży w obie strony ÷ 2

Gdy znana jest odniesiona wysokość instalacji, rzeczywista wysokość można obliczyć według wzoru:

Wysokość = Wysokość odniesienia − Odległość od powierzchni materiału

Ponieważ prędkość dźwięku w powietrzu zmienia się w zależności od temperatury, przemysłowe urządzenia pomiarowe poziomu oparte na falach ultradźwiękowych wykorzystują czujniki temperatury oraz kompensację temperaturową w celu ograniczenia błędów pomiarowych spowodowanych zmianami temperatury.

2. Jak należy mierzyć cieczach lotnych w zamkniętych zbiornikach?

Zamknięte zbiorniki zawierające ciekłe substancje lotne wymagają uwzględnienia składu gazowego w przestrzeni gazowej powyżej cieczy oraz ryzyka kondensacji przy przekaźniku. Sygnały ultradźwiękowe przenikają przez przestrzeń gazową. Jeśli skład par różni się istotnie od składu normalnego powietrza, rzeczywista prędkość dźwięku może również się różnić, co może prowadzić do błędu pomiarowego w odległości.

Wolatilne media mogą również kondensować się na zimniejszej powierzchni przetwornika. Trwający warstwowy film ciekły lub warstwa kondensatu może osłabiać przesyłane i odbierane fale dźwiękowe oraz powodować niestabilne echa.

Potwierdź skład gazu

Jeśli przestrzeń parowa znacznie się różni od przestrzeni powietrznej, należy ocenić wpływ tego różnicy na prędkość dźwięku oraz dokładność pomiarów.

– Monitorowanie kondensacji;

– Trwające warstwy ciekłej na przetworniku mogą obniżyć siłę echa oraz mogą wymagać zmiany miejsca montażu lub regularnych kontroli.

Ocena zmienności par;

Procesy charakteryzujące się zmianą stężenia pary należy dokładnie oceniać, a w razie potrzeby można porównać dane z wykorzystaniem radaru lub innej technologii bezkontaktowej.

3. Jak można stabilizować pomiary na powierzchni cieczy o silnym ruchu?

Przestrzeganie, odprowadzanie, mieszanie, aeryfikacja oraz działanie pompy mogą powodować ciągłe przemieszczanie się powierzchni. Gdy impuls ultradźwiękowy dotyka powierzchni o nachylenie lub szybko się poruszającej się powierzchni, część energii akustycznej może zostać odzwierciedlona od przetwornika, co prowadzi do zmniejszenia ilości użytecznego echa.

Stabilność pomiaru zazwyczaj jest poprawiana poprzez dobór miejsca montażu, wybór zakresu pomiarowego oraz przetwarzanie sygnału.

Optymizuj pozycję montażową:

– zamontuj czujnik nad względnie stabilną strefą, która odzwierciedla średni poziom cieczy, oraz w odległości od mieszaczy, wejść i obszarów o silnej turbulencji.

– zapewnij wystarczającą margines pomiarową.

Przenos się powierzchniowy, piana oraz para mogą obniżyć skuteczność sygnału echowego, dlatego zakres pomiarowy powinien uwzględniać odpowiedni margines zastosowania.

Używanie tłumienia i filtracji

Ustawienia średnienia, tłumienia oraz przetwarzania sygnału echowego pozwalają na zrównoważenie szybkości reakcji i stabilności sygnału wyjściowego.

Używanie zbiornika stabilizacyjnego, gdzie to konieczne

W niektórych zastosowaniach ciekłych można wykorzystać odpowiednio zaprojektowany zbiornik stabilizacyjny, aby zapewnić bardziej stabilną powierzchnię pomiarową.

4.Jakie warunki temperatury i ciśnienia są odpowiednie dla pomiarów ultradźwiękowych?

Dozwolone wartości temperatury oraz ciśnienia w procesie zależą od materiału przetwornika, typu połączenia procesowego oraz konstrukcji urządzenia pomiarowego. Różne modele przetworników ultradźwiękowych mogą mieć znacznie różne granice. Dlatego wybór projektu

powinien uwzględniać te czynniki.temperatura procesu, temperatura otoczenia oraz dopuszczalny ciśnienie procesuoddzielnie. W przypadkach zastosowań przy wysokich temperaturach, wysokim ciśnieniu, w warunkach obecności ciężkich par lub w niezwykłych warunkach faz gazowych konieczna jest dodatkowa analiza przed wybraniem pomiaru ultradźwiękowego.

5. Jaką ma strefę ślepości przetwornik poziomu ultradźwiękowy?

Po przesyłaniu impulsu ultradźwiękowego przetwornik nadal drży przez krótki czas i nie może wiarygodnie wykryć sygnału odzwierciedlanego, który powraca zbyt szybko. Powstaje w tym przypadku krótki obszar niedopuszczalny do pomiaru w pobliżu czujnika, powszechnie nazywany «strefą ślepej» (), «odległością blokującą» lub «strefą martwą»..

Najwyższy oczekiwany poziom powinien znajdować się poza tą odległością blokującą. W związku z tym wysokość instalacji powinna uwzględniać odpowiednią przestrzeń powyżej maksymalnego poziomu procesu.

Odległość blokowania zależy od częstotliwości przetwornika, zakresu działania oraz konstrukcji urządzenia. Przetworniki ultradźwiękowe o krótkim i długim zasięgu mogą mieć znacznie różne strefy nieodkrywalne, dlatego rzeczywistą wartość należy potwierdzić z karty technicznej wybranej wersji urządzenia.

6. Jakie jest różnicowanie między przetwornikami ultradźwiękowymi dwokablowymi, trójkablowymi i cztero-kablowymi?

Układ kabli zależy od źródła zasilania urządzenia oraz jego projektu wyjściowego.Do typowych konfiguracji przemysłowych należą rozwiązania dwokablowe, trójkablowe oraz cztero-kablowe.

Typ zasilania sam w sobie nie decyduje o wydajności transmisji ultradźwiękowej. Rzeczywista możliwość pomiaru zależy od wymiarów przetwornika, projektu elektroniki, zarządzania energią oraz zakresu pomiarowego urządzenia. Instalacja powinna być przeprowadzana zgodnie z schematem zasilania wybranego urządzenia.

– 7. Co jest najważniejsze podczas wyboru urządzenia w kontekście inżynieryjnym?

– pozycja montażowa ma istotny wpływ na stabilność pomiarów ultradźwiękowych.Sensor należy zamontować nad reprezentatywną powierzchnią, a także zapewnić mu przejrzysty ścieżek akustyczny.

Unikać punktów wypełnienia.

Upadające ciałe stałe oraz napływająca ciecz mogą blokować rzeczywistą powierzchnię i powodować niestabilne echa.

Unikać ujmników.

Łopatki ujmników oraz turbulencja nieustannie zmieniają stan powierzchni.

Unikać stałych przeszkód.

Ławki, belki i rury mogą generować niepożądane odbicia akustyczne.

Uważać za istnienie strefy nieprzejrzystej.

Maksymalna wysokość procesu powinna pozostawać poza określonym odległościem blokującym.

8.Jak należy dobrać wymiary flanży i nozla?

wymiary otworu montażowego zależą od zakresu działania czujnika, promienia przetwornika, charakteru strumienia akustycznego oraz konstrukcji urządzenia. Długi lub wąski nozłek może ograniczać rozpraszanie dźwięku oraz powodować dodatkowe wewnętrzne odbicia.

Dlatego wymiar flanży oraz długość nozla powinny odpowiadać wymaganiom instalacyjnym konkretnego przekaźnika poziomu ultradźwiękowego. Transduktery o dużej zasięgu wymagają odpowiedniego odstępu otwarcia wokół transduktera, podczas gdy urządzenia o krótkim zasięgu muszą również dysponować wystarczającą powierzchnią otworu zapewniającą prawidłowe przekazywanie i odbieranie sygnału.

9. Jakie jest różnicowanie między nadźwiękowym przesyłaczem poziomu a nadźwiękowym czujnikiem poziomu ciał stałych?

„Nadźwiękowy instrument pomiarowy poziomu" to ogólny termin obejmujący pomiar bezkontaktowy zarówno cieczy, jak i ciał stałych w masie.

Gdy urządzenie jest stosowane do cieczy, nazywa się je typowo przetwornikiem poziomu ultradźwiękowego(). Gdy natomiast jest stosowane do proszków, kuli czy innych ciał stałych, nazywa się je typowoczujnik poziomu dla ciał stałych oparty na falach ultradźwiękowychlub czujnik poziomu ultradźwiękowy do miotu ciał stałych. Zasada czasu lotu jest identyczna, jednak w zastosowaniach z ciałami stałymi zazwyczaj wymagane jest większe pole pomiarowe oraz lepsza zdolność do przetwarzania echa.

10. Jak skuteczne są pomyary ultradźwiękowe w przypadku miotu ciał stałych?

Przyrządy ultradźwiękowe mogą mierzyć proszeki, granulaty oraz wybrane materiały stałe w stanie masowym. Powierzchnie stałe zazwyczaj powodują bardziej złożone warunki odbić niż powierzchnie ciekłe. Materiały masowe mogą tworzyć nachylone powierzchnie, prowadzić do rozpraszania akustycznego oraz generować kurz w powietrzu, co może obniżyć intensywność odbić.

W związku z tym w przypadku zastosowań stałych zazwyczaj konieczne jest dodatkowe pole pomiarowe oraz staranne montowanie urządzenia na odległość od strumienia wypełniającego materiału. Najlepszym miejscem montażu jest poziom materiału średni, zapewniający stabilną strefę odbicia.

Eфекtywny zakres pomiarowy dla ciał stałych może być mniejszy niż zakres dla ciekłych materiałów u tego samego przetwornika. Precyzyjna zależność zależy od wielkości cząstek, obecności pyłu, kąta spoczynkowego oraz właściwości akustycznych (w tym właściwości odzwierciedlania dźwięku), dlatego zakres możliwy do zastosowania należy ocenić dla konkretnego materiału masowego.

11. Czy ciekłe substancje korozyjne, o wysokiej lepkości lub nieprzezroczne są odpowiednie do pomiarów ultradźwiękowymi?

Ponieważ przekaźniki poziomowe ultradźwiękowe są zazwyczaj instalowane powyżej cieczy i nie są zanurzane w procesie, mogą być przydatne w przypadku wybranych cieczy korozyjnych, lepkich lub sztywnych.

W trakcie wyboru należy uwzględnić obecność par, pędy, kondensacji oraz temperaturę procesu. Środki o wysokiej ulegalności, znaczne zmiany składu parowego lub trwale powstające gęste pędy mogą wpływać na rozpraszanie dźwięku oraz jakość echa; należy je ocenić w trakcie selekcji.

12.Typowe problemy oraz wskazówki inspekcji:

FAQ

Pytanie 1: Czy można używać nadajnika ultradźwiękowego do pomiaru poziomu ciekłości chłonnych w zamkniętym zbiorniku?

A1: Tak, w zależności od warunków w przestrzeni parowej. Gazom lotnym może być towarzyszone modyfikowanie prędkości dźwięku, a kondensacja może obniżyć wydajność przetwornika; dlatego należy przeanalizować charakterystykę media, temperaturę oraz warunki parowe.

Q2: Czy możliwe jest stosowanie pomiarów ultradźwiękowymi w przypadku silnego ruchu powierzchni cieczy?

A2: Tak. Stabilność pomiarów można zwiększyć poprzez odpowiednią lokalizację montażu, wybór odpowiedniego zakresu pomiarowego, zastosowanie tłumienia oraz filtracji sygnału.Wybrane zastosowania cieczy mogą również wykorzystywać odpowiednio zaprojektowany studencki otwór.

Q3: Jaką ma strefę ślepości przekaźnik poziomu ultradźwiękowego?

A3: Jest to obszar w pobliżu przetwornika, w którym nie można pewnie wykrywać odbijających się echa. Maksymalna wartość poziomu procesu powinna znajdować się poza tym obszarem.

Q4: Jaką jest zaletę przetwornika poziomu ultradźwiękowego dwuprzewodowego?

A4: Nadajnik dwuprzewodowy wykorzystuje tę samą parę przewodów zarówno do zasilania, jak i do transmisji sygnału 4-20mA, co zapewnia prostą instalację przewodową w warunkach terenowych dla instrumentacji procesowej.

Q5: Czy nadajnik ultradźwiękowy o trzech przewodach jest tym samym, co nadajnik o czterech przewodach?

A5: Nie. Korzystają one z różnych układów przewodzenia. W niektórych układach trzyczrawdowych wspólny przewod jest wykorzystywany zarówno dla linii zasilania, jak i sygnałowej, podczas gdy w układach czteroprzewodowych linie zasilania i sygnałowe są zazwyczaj oddzielone.

Q6: Czy przesyłacze poziomu ultradźwiękowych można stosować w przypadku cieczy korozyjnych?

A6: Pomiar bezkontaktowy zmniejsza bezpośrednie narażenie na ciecz, jednak nadal należy uwzględnić materiał przetwornika, potencjalne działanie korozyjnych par, temperaturę oraz ryzyko kondensacji.

Q7: Czy urządzenia ultradźwiękowe mogą mierzyć proszki i granulaty?

A7: Tak. Pył, powierzchnie ukośne oraz rozpraszanie akustyczne mogą obniżyć skuteczność wykorzystywalnego sygnału echa, dlatego często konieczne są dodatkowe marginy pomiarowe oraz staranne montażowanie.

Q8: Jak należy dobrać otwór do montażu?

A8: wymiary flanży, śrub oraz nozła należy dobrać zgodnie z rozmiarem przetwornika, zakresem pomiarowym, charakterystykami pęda oraz wymaganiami instalacyjnymi konkretnego modelu.

– Podsumowanie

Przesyłacze poziomu ultradźwiękowych to dojrzała technologia pomiarowa bez styku, stosowana w przypadku wody, ścieków, zbiorników magazynowych oraz wybranych zastosowań z masowymi ciałami stałymi. Długoterminowa stabilność pomiarów zależy od prędkości dźwięku w fazie gazowej, kompensacji temperatury, kondensacji par, ruchu powierzchni, zakresu bezodczynnego oraz położenia montażowego.

Dla ciekłych substancji lotnych w zamkniętych zbiornikach konieczne jest uwzględnienie składu gazowego oraz ryzyka kondensacji. W przypadku dynamicznych powierzchni ciekłej korzystne są odpowiednia montaż, zakres pomiarowy oraz cyfrowa filtracja sygnału. W zastosowaniach z ciałami stałymi należy brać pod uwagę obecność pyłu, rozpraszanie oraz nachylenie powierzchni materiału. Typ pomiarowy – dwokablewy, trójkablewy lub czworokablewy – powinien być doborany zgodnie z mocą urządzenia oraz architekturą sygnałową, podczas gdy wymiary flanżu, długość nozla oraz odległość blokowania należy ustalać zgodnie z dokumentacją techniczną wybranego modelu.

METRAVON Produkty do pomiaru poziomu za pomocą ultradźwięków można skonfigurować w zależności od medium procesowego, odległości pomiarowej, warunków środowiskowych, źródła zasilania oraz interfejsów systemu, takich jak 4-20mA i RS485 Modbus RTU, wspierając integrację z PLCs, RTU, systemy zbierania danych oraz platformy zdalnego monitorowania dla stabilnych i skalowalnych pomiarów poziomu ciekłości oraz ciał stałych.