Czujniki ultradźwiękowe do pomiaru poziomu: aplikacje i przewodnik wyboru

Czujniki poziomu ultradźwiękowego są szeroko stosowane do niekontaktowego pomiaru poziomu przemysłowego, szczególnie w otwartych zbiornikach, zbiornikach ścieków, zbiornikach wodnych, studniach mokrych i niektórych zbiornikach atmosferycznych. Określają one poziom, mierząc czas podróży w czasie podróży między czujnikiem a powierzchnią cieczy. Technologia oferuje stosunkowo prostą instalację i konkurencyjne koszty systemu, ale jej wydajność zależy w dużym stopniu od warunków w przestrzeni gazowej między czujnikiem a cieczą.

1. Jak działa ultradźwiękowy czujnik poziomu?

Ścieżka sygnałowa

Sensor transmituje impuls ultradźwiękowy → Dźwięk przemieszcza się na powierzchnię cieczy → Powierzchnia odzwierciedla sygnał → Czujnik otrzymuje echo zwrotne.

Obliczanie odległości

Odległość D = c × t / 2, gdzie c jest prędkością dźwięku w gazie, a t jest czasem podróży.

Gdy odległość sensor- to- powierzchni jest znana, nadajnik przekształca ją w poziom cieczy za pomocą skonfigurowanej pustej odległości. Na przykład jeżeli czujnik jest zainstalowany 5 m nad dnem zbiornika, a zmierzona odległość do powierzchni cieczy wynosi 2 m, obliczony poziom wynosi około 3 m.

Ponieważ prędkość dźwięku w powietrzu zmienia się wraz z temperaturą, przemysłowe nadajniki ultradźwiękowe zwykle obejmują automatyczne kompensację temperatury. W pobliżu normalnej temperatury otoczenia względna zmiana prędkości dźwięku wynosi około 0. 17% na ° C, co sprawia, że kompensacja temperatury jest ważną częścią ultradźwiękowego pomiaru poziomu.

2. Jakie są główne zalety pomiaru poziomu ultradźwiękowego?

Pomiar niekontaktowy

Czujnik jest zainstalowany nad cieczą i nie musi być zanurzony, zmniejszając bezpośrednie narażenie na korozję, zanieczyszczenie i skalę.

Stosunkowo prosta instalacja

Montaż gwintowany, kołnierz lub wspornik może być stosowany do zbiorników wodnych, basenów, studni mokrej i wielu innych zastosowań.

Niska konserwacja mechaniczna

Nie ma pływaków, prętów prowadnicowych ani innych ruchomych elementów w kontakcie z cieczą.

Cost- skuteczne dla aplikacji konwencjonalnych

W przypadku pomiaru poziomu wody atmosferycznej technologia ultradźwiękowa może zapewniać stałe monitorowanie przy konkurencyjnych kosztach ogólnych systemu.

Niezależnie od gęstości cieczy

Przyrząd mierzy odległość powierzchniową, tak więc zmiany gęstości cieczy nie powodują bezpośrednio tego samego błędu poziomu związanego z pomiarem hydrostatycznym.

Dobrze przystosowane do aplikacji wodnych

Typowe zastosowania obejmują zbiorniki wodne, baseny ściekowe, studnie mokre, otwarte kanały, zbiorniki i stacje pompowe.

3. Jakie są główne ograniczenia ultradźwiękowych czujników poziomu?

Głównym ograniczeniem jest to, żeenergia ultradźwiękowa musi przechodzić przez przestrzeń gazową między czujnikiem a powierzchnią cieczy. Zmiany w tej przestrzeni mogą wpływać na prędkość dźwięku, tłumienie i echo siły.

Odległość blokowania

W pobliżu pola istnieje obszar, w którym wiarygodne pomiary nie są możliwe. Wymagana odległość zależy od konstrukcji, zakresu i modelu czujnika.

Wpływ temperatury

Temperatura powietrza zmienia prędkość dźwięku. Automatyczna kompensacja zmniejsza ten efekt, ale silne temperatury gradientów mogą jeszcze wprowadzić błąd.

Pianka

Gruba, luźna warstwa pianki może absorbować energię ultradźwiękową i znacznie osłabić echo z rzeczywistej powierzchni cieczy.

Skład oparów i gazu

Zmiany w składzie gazu lub stężeniu pary mogą zmieniać prędkość dźwięku i dlatego wymagają starannej oceny zastosowania.

Pył

Ciężki pył powietrza może rozproszyć lub złagodzić energię akustyczną, dzięki czemu radar warto ocenić dla trudnych zastosowań stałych.

Odkurzacz

Fale ultradźwiękowe wymagają gazu do rozmnażania, więc standardowe ultradźwiękowe czujniki poziomu nie nadają się do naczyń próżniowych.

4. Jaka jest odległość blokowania ultradźwiękowego czujnika poziomu?

Po ultradźwiękowym przetworniku wysyła impuls, przetwornik nadal wibruje przez krótki czas, zanim może niezawodnie otrzymać pobliskie echo. Region blisko czujnika, gdzie nie można zagwarantować poprawnego pomiaru jest zwykle nazywanyodległość blokowania, strefy martwej lub bliskonabłonkowa.

Nie ma uniwersalnej odległości blokującej dla wszystkich instrumentów ultradźwiękowych. Kompaktowe czujniki przemysłowe mogą mieć blokady odległości kilkudziesięciu centymetrów, podczas gdy przetworniki dalekiego zasięgu mogą wymagać większej odległości.

Zasada wyboru:Maksymalny poziom cieczy musi pozostać poniżej określonej odległości blokującej wybranego czujnika, przy odpowiednim marginesie bezpieczeństwa.

5. Dlaczego temperatura wpływa na pomiar poziomu ultradźwiękowego?

Instrumenty ultradźwiękowe obliczają odległość od prędkości dźwięku i czasu podróży. Ponieważ prędkość dźwięku w powietrzu zmienia się wraz z temperaturą, instrumenty przemysłowe zwykle używają wbudowanego czujnika temperatury, aby zrekompensować automatyczne obliczanie odległości.

Rekompensata temperatury nie eliminuje każdego błędu związanego z temperaturą. Na przykład powietrze znajdujące się w pobliżu czujnika zamontowanego nad zbiornikiem zewnętrznym może stać się znacznie cieplejsze niż powietrze znajdujące się w pobliżu ciekłej powierzchni. Stwarza to gradient temperatury wzdłuż ścieżki akustycznej, podczas gdy urządzenie zwykle mierzy temperaturę tylko w pobliżu przetwornika.

Instalacje zewnętrzne powinny zatem uwzględniać ochronę przeciwsłoneczną, wentylację, kondensację oraz rzeczywiste środowisko temperaturowe wokół czujnika.

6. Ultrasonic vs. Pomiar poziomu radaru

7. Kiedy USG lub Radar powinny być ocenione najpierw?

Najpierw ocena ultradźwięków

Zbiorniki otwarte lub półotwarte
& nbsp; & nbsp; Zbiorniki na czystą wodę
& nbsp; & nbsp; Wodociągi i studnie mokre
& nbsp; & nbsp; Ograniczona piana i opary
& nbsp; & nbsp; Ciśnienie atmosferyczne
& nbsp; & nbsp; Wymogi dotyczące umiarkowanej dokładności
& nbsp; & nbsp; Projekty wrażliwe na koszty

Najpierw oceń Radar

Znaczące zmiany składu pary lub gazu
& nbsp; & nbsp; Wysoka temperatura, wysokie ciśnienie lub próżnia
& nbsp; & nbsp; Długi zakres pomiarowy
& nbsp; & nbsp; Złożone struktury wewnętrzne
& nbsp; & nbsp; Pył ciężki w zastosowaniach stałych
& nbsp; & nbsp; Pomiar poziomu stałego
& nbsp; & nbsp; Wyższe długoterminowe wymogi stabilności

Są to raczej punkty początkowe niż bezwzględne zasady. Na przykład pomiar ultradźwiękowy może działać w niektórych zamkniętych zbiornikach atmosferycznych lub niskociśnieniowych, gdy skład gazu jest stabilny. Podobnie, skuteczność radaru w pianie musi być nadal oceniana w zależności od struktury pianki i właściwości dielektrycznych medium procesowego.

8. Proces doboru czujników poziomu ultradźwiękowego

1. Potwierdź zakres pomiarowy

Określić maksymalną odległość od czujnika do najniższego poziomu cieczy, nie tylko głębokość zbiornika.

2. Sprawdź maksymalny poziom

Upewnij się, że maksymalny poziom nie wchodzi w odległość blokującą czujnik.

3. Ocena powierzchni

Sprawdzić pianę, turbulencje, napowietrzanie lub przepływ wlotowy o dużej prędkości.

4. Ocena przestrzeni gazowej

Sprawdzić opary, gazy lotne lub istotne zmiany temperatury.

5. Potwierdź wyjście

Wybierz 4- 20 mA, RS485 Modbus lub inny interfejs zgodnie z systemem PLC, RTU lub monitorowania.

6. Porównaj Radar jeśli konieczne

Jeżeli zastosowanie jest zbliżone do granic eksploatacyjnych pomiaru ultradźwiękowego, należy porównać wydajność radaru i całkowity koszt cyklu życia.

9. Typowe zastosowania

Wastewaters

Mokrych studni, osadników, zbiorników ściekowych i pomp.

Czyste przechowywanie wody

Zbiorniki wodne, zbiorniki na wodę ogniową, zbiorniki na wodę deszczową i zbiorniki ogólnego składowania.

Hydrologia i gospodarka wodna

Kanały, zbiorniki i inne zastosowania do monitorowania poziomu wody.

Zbiorniki przemysłowe na wodę

Procesy atmosferyczne - zbiorniki wodne, zbiorniki cyrkulacyjne i systemy kontroli poziomów.

10. Wytyczne dotyczące instalacji

11. Jakie informacje są wymagane do wyboru?

Warunki pomiaru

Średnia nazwa
Maksymalna odległość pomiarowa
Maksymalny poziom cieczy
Turbulencje powierzchniowe

Środowisko procesów

Zakres temperatur
Ciśnienie
Pianka
Gazy parafinowe lub specjalne

Instalacja

Wymiary zbiornika lub basenu
Pozycja montażowa
Rozmiar połączenia
Lokalizacja wewnętrzna lub zewnętrzna

Wymagania elektryczne

Zasilanie
4- 20 mA
RS485 Modbus
Wymagania dotyczące obszaru niebezpiecznego lub pomieszczenia

FAQ: pomiar poziomu ultradźwiękowego

1. Jaka jest typowa odległość blokady ultradźwiękowego czujnika poziomu?

Nie ma uniwersalnej wartości. W zależności od konstrukcji czujnika i zakresu pomiarowego odległość blokowania może wynosić kilkadziesiąt centymetrów lub więcej. Zawsze używaj wartości określonej dla wybranego modelu.

2. Czy czujniki ultradźwiękowe mogą mierzyć ścieki pianką?

To zależy od pianki. Niewielka ilość pianki mokrej może nadal pozwalać na pomiar, podczas gdy trwała gruba i luźna warstwa pianki może silnie osłabić sygnał akustyczny. Radar należy również ocenić w trudnych zastosowaniach piankowych.

3. Czy duża zmiana temperatury wpływa na pomiar ultradźwiękowy?

Tak. Przyrządy przemysłowe zwykle zapewniają automatyczną kompensację temperatury, ale silne gradienty temperatury wzdłuż ścieżki dźwiękowej mogą jeszcze wprowadzić dodatkowy błąd.

4. Czy radar jest bardziej dokładny niż ultradźwiękowy?

Dokładność należy porównywać przy użyciu określonych modeli instrumentów. Wysokowydajny radar może zapewnić pomiar na poziomie milimetrowym, podczas gdy dostępne są również ultradźwiękowe przyrządy o wysokiej dokładności. Radar ma zazwyczaj szerszą kopertę operacyjną w trudnych zastosowaniach parowych, temperaturowych, ciśnieniowych lub długozakresowych.

5. Czy ultradźwiękowy jest dobrym wyborem na otwarty zbiornik z wodą?

Tak. W przypadku zbiorników atmosferycznych o ograniczonym zakresie piany, umiarkowanym zakresie pomiarowym i stosunkowo stabilnych warunkach środowiskowych pomiar ultradźwiękowy jest często ekonomicznym i praktycznym wyborem.

6. Dlaczego odczyt ultradźwiękowy się zmienia?

Powszechne przyczyny obejmują pianę, silne turbulencje powierzchniowe, opary, gradienty temperatury, kondensację czujnika, nieprawidłowe ustawienie czujników lub fałszywe echa z pobliskich struktur.

7. Czy istnieje minimalna odległość instalacji?

Tak. Maksymalny poziom cieczy musi pozostać poza określoną odległością blokującą przyrządu, w przeciwnym razie pomiar pola bliskiego może stać się niepewny.

8. Czy czujniki ultradźwiękowe mogą być używane w zamkniętych zbiornikach?

Można je stosować w niektórych zamkniętych naczyniach atmosferycznych lub niskociśnieniowych, gdy skład gazu jest stabilny. W przypadku wysokiego ciśnienia, podciśnienia, ciężkiej pary wodnej lub silnie zmieniającego się składu gazu należy ocenić radar lub inną technologię.

9. Czy ultradźwiękowy czujnik poziomu wymaga częstej konserwacji?

Konserwacja jest zazwyczaj niska, ale powierzchnia czujnika powinna być okresowo kontrolowana pod kątem kondensacji, osadów lub lodu, a kompensacja instalacji i temperatury powinna pozostać w normalnym stanie.

10. Jakie informacje METRAVON potrzebuje do porównania pomiaru poziomu ultradźwięków i radarów?

Proszę podać podłoże, odległość pomiarową, wymiary zbiornika lub basenu, temperaturę, ciśnienie, pianę, warunki parowania, pozycję montażową i wymagany sygnał wyjściowy. Parametry te można wykorzystać do określenia, czy ultradźwiękowe czy radar są bardziej odpowiednie.

Wniosek

Głównymi zaletami ultradźwiękowych czujników poziomu sąpomiar niekontaktowy, prosta instalacja, stosunkowo niska konserwacja i konkurencyjne koszty ogólne. Są one szczególnie odpowiednie do zbiorników czystej wody, zlewozmywaków, mokrej studni, systemów magazynowania wody oraz wielu zastosowań do monitorowania wód otwartych.

Ich główne ograniczenia są związane z akustycznymi warunkami rozmnażania, w tymodległość blokowania, zmiany temperatury, piana, para, pył i zmiany w składzie gazu. W przypadku gdy zastosowanie obejmuje trudne warunki pary, wysoką temperaturę lub ciśnienie, podciśnienie, długi zakres pomiarowy, ciężki pył lub wyższe wymagania dotyczące stabilności, należy również ocenić pomiar poziomu radaru.

METRAVON może porównywać pomiar ultradźwiękowy i pomiar poziomu radaru w zależności od medium procesowego, zakresu pomiarowego, temperatury, ciśnienia, wymiarów naczyń i warunków instalacji, aby pomóc w określeniu odpowiedniej technologii pomiarowej dla każdego projektu.