Czym jest ultradźwiękowy miernik poziomu? Zasada działania

Co to jest pomiarnik poziomu ultradźwiękowego? Zasada działania, cechy, specyfikacje oraz przewodnik po instalacji –

Pomiarnik poziomu ultradźwiękowy to urządzenie bezkontaktowe, które mierzy odległość, obliczając czas przebycia fal dźwiękowych. Czujnik jest zazwyczaj umieszczany powyżej powierzchni cieczy lub materiału i wysyła impuls ultradźwiękowy w kierunku dolnym. Impuls ten odbija się od powierzchni docelowej i wraca do czujnika. Następnie instrument oblicza odległość do powierzchni i przekształca ją w poziom cieczy, poziom materiału lub procentowy wskaźnik.

Ponieważ czujnik zazwyczaj nie ma bezpośredniego kontaktu z medium procesowym, pomiar poziomu metodą ultradźwiękową jest szeroko stosowany w przypadku wody, ścieków, wybranych cieczy chemicznych oraz niektórych granulowanych lub grubych ciał stałych. Jednak parę, pianę, kurz, gradienty temperatury oraz warunki próżni mogą wpływać na propagację dźwięku, dlatego przed dokonaniem wyboru należy zawsze przeanalizować warunki zastosowania.

1. Jak działa pomiarnik poziomu ultradźwiękowego?

Przenos ultradźwiękowy

Przetwornik emituje impuls ultradźwiękowy w kierunku powierzchni cieczy lub materiału.

Odzwierciedlenie na powierzchni

Fala dźwiękowa odbija się od powierzchni celu i wraca do czujnika.

Obliczanie odległości

Urządzenie wykorzystuje czas podróży w obie strony oraz prędkość dźwięku skompensowaną względem temperatury, aby obliczyć odległość.

Konwersja do poziomu

Mierzoną odległość przekształca się w poziom dźwięku lub wartość procentową, wykorzystując skonfigurowaną odległość pustego obszaru oraz zakres pomiarowy.

2. Jakie są główne zalety pomiaru poziomu metodą ultradźwiękową?

3. Co może mierzyć poziomik ultradźwiękowy?

Woda oraz wody ściekowe

Do typowych zastosowań należą zbiorniki wodne, zbiorniki, zbiorniki na wody ściekowe, zbiorniki odpadowe oraz otwarte zbiorniki.

Wybrane ciekłe substancje chemiczne

Instalacja bezkontaktowa może okazać się przydatna, jednak nadal konieczne jest sprawdzenie obecności par, gazów korozyjnych oraz warunków środowiskowych.

Cierne i grube ciał stałych w formie granulatu –

Dostępna dla wybranych rodzajów ziarna, pelet oraz grubych ciał stałych, choć obecność pyłu oraz nachylone powierzchnie materiału mogą wpływać na jakość sygnału odbieranego.

Zastosowania w kanałach otwartych oraz w systemach wodnych

Może być stosowane w kanałach, obiektach energetycznych wodnych, w systemach monitorowania poziomu wody na wstępnym i końcowym odcinku szynki do odprowadzania śmieci oraz w innych zastosowaniach monitorowania stanu wody.

4. Jak należy odczytywać specyfikacje pomiarnika poziomu ultradźwiękowego?

Frekwencja pracy, zakres pomiarowy, dokładność oraz opcje wyjściowe znacznie się różnią w zależności od modelu. Nie istnieje pojedyncza specyfikacja, która obejmowałaby wszystkie przyrządy pomiarowe ultradźwiękowe.

5. Miernik poziomu ultradźwiękowego typu zintegrowanego vs. typu rozdzielonego:

Miernik poziomu ultradźwiękowego typu zintegrowanego:

Przetwornik, elektronika oraz wyświetlacz są zazwyczaj zamontowane w jednym obudowie. Ta kompaktowa konstrukcja jest odpowiednia dla standardowych zbiorników, basenów oraz zastosowań magazynowych.

Miernik poziomu ultradźwiękowego typu rozdzielonego

Detektor i przekaźnik są montowane oddzielnie. Takie rozwiązanie jest przydatne w przypadku instalacji na wysokości, w trudnych warunkach środowiskowych lub w zastosowaniach, w których wyświetlacz i elementy sterowania muszą pozostawać dostępne na poziomie podłoża.

6. Jaką jest odległość blokowania dla miernika poziomu ultradźwiękowego?

Po wysłaniu impulsu ultradźwiękowego czujnik wymaga krótkiego czasu regeneracji, zanim będzie mógł wiarygodnie odbierać powracający eko. To powoduje powstanie obszaru bliskiego pola w pobliżu czujnika, w którym pomiary są niezupełne. Zawodowo nazywa się nimodległość blokowania, strefa martwa lub odległość wyłączenia.

Odległość blokowania zależy od:

• częstotliwości przetwornika;

• maksymalnego zakresu pomiarowego;

• mocy nadawania;

• konstrukcji przetwornika;

• metody przetwarzania sygnału.

maksymalna wartość produktu musi pozostawać poza tą strefą. Z tego powodu proces selekcji powinien zawsze uwzględniać zarówno maksymalny zakres, jak i minimalną możliwą odległość pomiarową.

7. Dlaczego kąt promienia ma znaczenie?

Sygnał ultradźwiękowy nie porusza się w postaci pojedynczej prostej linii; rozprzestrzenia się w obrębie określonego pęda akustycznego. Jeśli promień docier do ściany zbiornika, belki konstrukcyjnej, drążka, rurociągu, agitatora lub innego przeszkody, obiekt ten może powodować niepożądane odbicie światła, co może prowadzić do błędnej detekcji poziomu.

Instalację należy zatem sprawdzić na podstawie rzeczywistego kąta belki oraz odległości pomiarowej, a nie wyłącznie na podstawie linii środkowej czujnika.

8. Najczęstsze problemy podczas instalacji – Problem

9. Dlaczego przetwornik ultradźwiękowy ma tak dużą znaczenie?

Przetwornik odpowiada zarówno za przekazywanie, jak i odbieranie sygnału ultradźwiękowego, dlatego jego parametry bezpośrednio wpływają na zakres pomiarowy, odległość blokowania, kąt promienia oraz jakość echa.

Przemysłowe urządzenia do pomiaru poziomu za pomocą ultradźwięków wykorzystują przetworniki piezoelektryczne, które przekształcają energię elektryczną w wibracje mechaniczne oraz odwrotnie – przekształcają powracający sygnał akustyczny ponownie w sygnał elektryczny.

W przypadku pomiaru poziomu najważniejsze parametry przetwornika to:

• maksymalny zakres pomiarowy;

• Minimalna odległość pomiarowa;

• Kąt promienia;

• Ochrona przed wpływem;

• Ochrona przed działaniem chemikaliów;

• Zakres temperatur.

Klasyfikacje czujników, takie jak czujniki o prostej strumieniu, czujniki o kątowym strumieniu, czujniki fal powierzchniowych oraz czujniki fal Lamba, są przede wszystkim stosowane w badaniach nieniszczących metodami ultradźwiękowymi i nie stanowią głównych kategorii wyboru w pomiarach na poziomie przemysłowym.

10. W jakich przypadkach jest przydatna mała odległość blokowania?

Mała odległość blokowania jest szczególnie przydatna w sytuacjach, gdy maksymalna wysokość cieczy może się zbliżyć do czujnika – na przykład w kompaktnych zbiornikach, płytkich basenach oraz w niektórych zastosowaniach w otwartych kanałach.

Małe zbiorniki

W zbiornikach o niskiej wysokości wydajność w pobliżu może być równie ważna jak maksymalny zakres pomiarowy.

Zbiorniki i otwarte kanały

Gorsza odległość blokowania pozwala maksymalizować wykorzystywalny zakres pomiarowy, w którym poziom wody zbliża się do czujnika.

Monitorowanie poziomu wody w systemach hydropower.

Możliwość zastosowania w pomiarach poziomu wody na szynach do usuwania śmieci w górnej i dolnej części rzeki, w kanałach, przedpokach oraz na innych punktach monitorowania wody.

11. Jak można zintegrować pomiarnik poziomu ultradźwiękowego z PLC lub systemem monitoringu?

Nowoczesne urządzenia pomiarowe na bazie ultradźwięków mogą być zazwyczaj połączane z PLC, rejestrami danych oraz systemami zdalnego monitorowania za pomocą interfejsów analogowych lub cyfrowych.

Typowe opcje to:

• analogowy wyjście 4-20mA;

• RS485 / Modbus RTU;

• Wychody reléowe dla alarmów o wysokiej i niskiej wartości;

• inne cyfrowe interfejsy na wybranych systemach.

w zastosowaniach hydroenergetycznych lub w systemach oczyszczania wody wiele sygnałów poziomu wody może być zbieranych przez PLC w celu obliczenia różnicy poziomów, różnicowego nałożenia lub warunków alarmowych, a następnie przesyłanych do sali sterowania lub systemu SCADA.

Pytania często zadawane: Mierniki poziomu ultradźwiękowego

Pytanie 1: Czy miernik poziomu ultradźwiękowy to urządzenie bezkontaktowe?

A: Tak. Ultrasoniczny poziomik montowany na górze zazwyczaj mierzy przez przestrzeń gazową powyżej medium i nie wymaga dotyku na powierzchni ciekłej lub stałej.

Q2: Czy ultrasoniczny poziomik może mierzyć surowe ciała stałe?

A: Tak – dla wybranych materiałów granulowanych i grubych. Ciężka praśna, strome powierzchnie materiałów oraz słabe echy mogą obniżyć stabilność pomiarów; należy je uwzględnić podczas wyboru urządzenia.

Q3: Czy ultrasoniczny poziomik może mierzyć poziom na wysokości 50 metrów?

A: W zależności od konkretnego modelu i zastosowania. Możliwości pomiarowe znacznie się różnią, a wydajność na duże odległości zależy od charakteru środowiska, obecności pyłu, temperatury oraz warunków odbić dźwięku. Nie należy zakładać, że wszystkie urządzenia ultradźwiękowe mają zasięg 50 m.

Q4: Dlaczego pomiarnik poziomu ultradźwiękowego wymaga kompensacji temperatury?

A: Ze względu na to, że prędkość dźwięku w powietrzu zmienia się w zależności od temperatury. Brak odpowiedniej kompensacji może prowadzić do błędów w pomiarze odległości.

Q5: Czy możliwe jest stosowanie miernika poziomu ultradźwiękowego w naczyniu pod prężeniem próżnym?

A: Standardowe pomiarniki poziomu ultradźwiękowymi zazwyczaj nie nadają się do zastosowań w warunkach próżni, ponieważ fale dźwiękowe wymagają nośnika.

Q6: Czy mniejsza odległość blokowania zawsze jest lepsza?

A: Mała odległość blokowania jest przydatna w kompaktowych zbiornikach oraz w zastosowaniach o wysokim poziomie, jednak przy doborze należy brać pod uwagę również maksymalną zasięgowość, kąt promienia oraz warunki procesu, a nie wyłącznie ten parametr.

Q7: Który jest lepszy – pomiarnik poziomu ultradźwiękowego typu zintegrowanego czy typu rozdzielonego?

A: Żaden z tych rozwiązań nie jest uniwersalnie lepszy. Instrumenty zintegrowane charakteryzują się kompaktowym kształtem i łatwą instalacją, podczas gdy modele rozdzielone są przydatne w przypadku czujników umieszczonych na wysokim poziomie, w trudnych warunkach środowiskowych lub w zastosowaniach, w których wyświetlacz i przyciski sterowania muszą pozostawać łatwo dostępne.

Q8: Jakie informacje zawiera METRAVON Czy potrzebujesz doboru pomiernika poziomu ultradźwiękowego?

Prosimy o podanie: rodzaju podłoża (ciekłego lub stałego), maksymalnej odległości pomiarowej, maksymalnej wysokości, temperatury, ciśnienia, stężenia par, stężenia piany, stężenia pyłu, wymiaru połączeń procesowych, wymaganego sygnału wyjściowego oraz zdjęć instalacji.

Podsumowanie

Miernictwo poziomu za pomocą ultradźwięków to dojrzała technologia bezkontaktowa, charakteryzująca się kluczowymi zaletami, w tym:Prosta konstrukcja, łatwa instalacja, stosunkowo niskie koszty utrzymania oraz dobra opłacalność dla zbiorników wodnych, basenów, zastosowań w systemach oczyszczania ścieków oraz wybranych materiałów stałych w formie masowej –.

Pomyślne zastosowanie zależy nie tylko od maksymalnego zakresu pomiarowego. Przed doborem należy dokładnie przeanalizować odległość blokowania, kąt promienia, temperaturę, obecność par, piany, pyłu oraz geometrię instalacji. Dla METRAVON W przypadku zastosowań odpowiedni pomiarnik poziomu ultradźwiękowego – w wersji zintegrowanej lub rozdzielonej – można następnie podłączyć do sygnału 4-20mA, RS485/Modbus, lub wyjścia relajowe do integracji z PLCs, rejestry danych oraz systemy monitoringu.