Problemas comuns em transmissores de nível por ultrassom

Problemas Comuns em Transmissores de Nível Ultrassônicos: Tanques Fechados, Superfícies Turbulentas, Zona Cega e Guia de Instalação

Os transmissores de nível ultrassônicos utilizam medição sem contato por tempo de voo para determinar a posição da superfície de um líquido ou de um sólido em estado livre. O sensor emite um pulso ultrassônico em direção ao material, recebe o eco refletido e calcula a distância com base no tempo de viagem medido e na velocidade atual do som.

A medição por ultrassons é amplamente utilizada em tanques de água, sistemas de águas residuais, reservatórios, canais abertos, vasos industriais e silos específicos para materiais sólidos em estado livre. A estabilidade da medição pode ser afetada pela temperatura, pela composição gasosa, pelo vapor, pela condensação, pela espuma, pelo movimento da superfície, pela poeira e pela geometria de instalação. Assim, a seleção e a instalação adequadas são fundamentais para o desempenho a longo prazo.

1. Como funciona um transmissor de nível por ultrassons?

O transdutor ultrassônico é instalado acima do meio de processo e transmite um pulso acústico em direção à superfície do líquido ou do sólido. A onda sonora é refletida pela superfície do material, e parte do eco retorna ao transdutor, onde é convertida em um sinal elétrico.

O instrumento mede o tempo de ida e volta e calcula a distância utilizando a velocidade do som no espaço gasoso:

Distância = Velocidade do Som × Tempo de Ida e Volta ÷ 2

Quando a altura de referência da instalação for conhecida, o nível real pode ser calculado da seguinte forma:

Nível = Altura de Referência − Distância até a Superfície do Material

Como a velocidade do som no ar varia conforme a temperatura, os instrumentos industriais de nível por ultrassons costumam empregar sensores de temperatura e compensação para reduzir os erros de medição associados à temperatura.

2. Como medir líquidos voláteis em tanques fechados?

Tanques fechados que contêm líquidos voláteis exigem atenção à composição gasosa acima do líquido e à condensação no transdutor. Os sinais ultrassônicos propagam-se pelo espaço gasoso; portanto, se a composição do vapor diferir significativamente da do ar normal, a velocidade real do som também pode variar, o que pode introduzir um erro de distância.

Os meios voláteis também podem condensar-se na superfície mais fria do transdutor.Um filme líquido persistente ou uma camada de condensado podem atenuar as ondas sonoras transmitidas e recebidas, provocando ecos instáveis.

Confirmar Composição do Gás

Se o espaço de vapor diferir significativamente do ar, avalie o impacto sobre a velocidade do som e a precisão da medição.

Monitorar a condensação

A presença de filmes líquidos persistentes no transdutor pode reduzir a intensidade do eco e pode exigir uma posição de montagem diferente ou inspeções periódicas.

Avaliar a variação do vapor.

Processos com concentração de vapor variável devem ser avaliados cuidadosamente, podendo-se, quando apropriado, comparar o uso de radar ou outra tecnologia sem contato.

3. Como se pode estabilizar a medição numa superfície líquida em movimento intenso?

A operação de enchimento, drenagem, agitação, aeração e bombeamento pode provocar movimento contínuo na superfície. Quando o pulso ultrassônico atinge uma superfície inclinada ou em movimento rápido, parte da energia acústica pode ser refletida fora do transdutor, reduzindo o eco utilizável.

A estabilidade de medição é normalmente aprimorada por meio da posição de montagem, da seleção do intervalo de medição e do processamento do sinal.

Otimize a posição de montagem.

Instale o sensor acima de uma área relativamente estável, que represente o nível médio do líquido, e afastado de agitadores, entradas e zonas de turbulência intensa.

Garanta uma margem de medição suficiente.

O movimento da superfície, a espuma e o vapor podem reduzir a intensidade de eco utilizável; portanto, o alcance de medição deve incluir um margem de aplicação adequado.

Utilização de amortecimento e filtragem

Ajustes de média, amortecimento e processamento de eco podem equilibrar a velocidade de resposta e a estabilidade da saída.

Utilização de um poço de estabilização quando apropriado

Em determinadas aplicações com líquidos, pode-se utilizar um poço de estabilização adequadamente projetado para criar uma superfície de medição mais estável.

4.Quais são as condições de temperatura e pressão adequadas para medições ultrassônicas?

A temperatura admissível e a pressão de processo dependem do material do transdutor, da conexão de processo e da construção do instrumento. Diferentes modelos de ultrassom podem apresentar limites significativamente distintos. Por conseguinte, a seleção do projeto

deve confirmar separadamente a temperatura de processo, a temperatura ambiente e a pressão de processo admissível.Aplicações em condições de alta temperatura, alta pressão, com vapores pesados ou em fases gasosas incomuns exigem uma avaliação adicional antes de se optar pela medição ultrassônica.

5. O que é a zona cega de um transmissor de nível ultrassônico?

Após a transmissão de um pulso ultrassônico, o transdutor continua a vibrar por um curto período, não sendo capaz de detectar de forma confiável um sinal refletido que retorna em tempo excessivamente curto. Isso cria uma região curta e não mensurável próxima ao sensor, comumente denominada zona cega, ou distância de bloqueio.

O nível mais elevado esperado deve permanecer fora dessa distância de bloqueio.A altura de instalação deve, portanto, incluir um espaço de manobra adequado acima do nível máximo de processo.

A distância de bloqueio varia conforme a frequência do transdutor, o alcance e a sua construção. Transmissores ultrassônicos de curto e longo alcance podem apresentar zonas cegas muito distintas;, por isso, o valor exato deve ser verificado na ficha técnica do modelo selecionado.

6. Qual é a diferença entre transmissores ultrassônicos de dois fios, três fios e quatro fios?

A configuração de cablagem depende da fonte de alimentação do instrumento e do seu projeto de saída.As configurações industriais comuns incluem estruturas de dois fios, três fios e quatro fios.

O tipo de fiação, por si só, não determina o desempenho da transmissão ultrassônica. A capacidade real de medição depende do tamanho do transdutor, do projeto eletrônico, da gestão de energia e da faixa de medição do instrumento. A instalação deve seguir o diagrama de fiação do produto selecionado.

– 7. O que é mais importante na seleção de engenharia?

– A posição de montagem exerce uma influência significativa na estabilidade das medições ultrassônicas.O sensor deve ser instalado acima de uma superfície representativa e deve possuir um caminho acústico livre.

Evite pontos de preenchimento.

A queda de sólidos e o fluxo de líquido entrante podem obstruir a superfície efetiva e gerar ecos instáveis.

Evite agitadores.

As pás dos agitadores e a turbulência alteram continuamente as condições da superfície.

Evite obstáculos fixos.

Escadas, vigas e tubos podem gerar reflexões acústicas indesejadas.

Reserve uma zona cega.

O nível máximo do processo deve permanecer fora da distância de bloqueio especificada.

8.Como devem ser selecionadas as dimensões da flange e da bocal?

As dimensões de montagem e abertura dependem da faixa de detecção do sensor, do diâmetro do transdutor, do feixe acústico e da construção do produto. Um bocal longo ou estreito pode restringir a propagação do som e gerar reflexões internas adicionais.

O diâmetro da flange e o comprimento do bocal devem, portanto, cumprir os requisitos de instalação do transmissor de nível ultrassônico específico. Os transdutores de longo alcance geralmente exigem um espaço adequado em torno do transdutor, enquanto os produtos de curto alcance também devem possuir área de abertura suficiente para garantir a transmissão e a recepção normais.

9.Qual é a diferença entre um transmissor de nível ultrassônico e um sensor de nível sólido ultrassônico?

«Instrumento de nível ultrassônico» é um termo geral que abrange a medição sem contato tanto de líquidos quanto de sólidos em estado maciço.

Quando utilizado para líquidos, o instrumento é normalmente denominado transmissor de nível ultrassônicoQuando utilizado para pós, grânulos ou outros sólidos, é comumente chamado de sensor de nível sólido ultrassônicoou sensor de nível ultrassônico para sólidos em estado livre. O princípio de tempo de voo é o mesmo, mas as aplicações com sólidos geralmente exigem maior margem de medição e maior capacidade de processamento de ecos.

10.Quão eficaz é a medição por ultrassons para sólidos em massa?

Os instrumentos ultrassônicos são capazes de medir pós, grânulos e sólidos em estado livre selecionados. Contudo, as superfícies sólidas geralmente geram condições de eco mais complexas do que as superfícies líquidas. Materiais em estado livre podem apresentar superfícies inclinadas, dispersão acústica e poeira suspensa no ar, fatores que reduzem a intensidade do eco.

Aplicações sólidas, portanto, normalmente exigem um margem adicional de medição e uma montagem cuidadosa, afastada do fluxo de enchimento. A posição preferencial deve corresponder ao nível médio do material e garantir uma zona de reflexão estável.

O intervalo de medição eficaz para sólidos pode ser inferior ao intervalo de medição para líquidos do mesmo transdutor. A relação exata depende do tamanho das partículas, da presença de poeira, do ângulo de repouso e da refletividade acústica; por isso, o intervalo utilizável deve ser avaliado para o material em massa específico.

11. Líquidos corrosivos, viscosos ou turvos são adequados para medição por ultrassons?

Como os transmissores de nível por ultrassom são normalmente instalados acima do líquido e não permanecem imersos no processo, podem ser úteis para líquidos selecionados que sejam corrosivos, viscosos ou turvos.

A aplicação deve ainda considerar o vapor, a espuma, a condensação e a temperatura do processo. Meios altamente voláteis, variações acentuadas na composição do vapor ou espuma espessa persistente podem afetar a propagação do som e a qualidade do eco, devendo ser avaliados durante a seleção.

12.Problemas Comuns e Diretrizes de Inspeção

FAQ

P1: É possível utilizar um transmissor de nível ultrassônico para líquidos voláteis em um tanque fechado?

A1: Sim, dependendo das condições no espaço de vapor. Gases voláteis podem alterar a velocidade do som, e a condensação pode comprometer o desempenho do transdutor; por isso, devem ser avaliadas as condições do meio, da temperatura e do vapor.

Q2: É possível utilizar medição ultrassônica quando a superfície do líquido apresenta movimento intenso?

A2: Sim. A estabilidade da medição pode ser aprimorada mediante uma posição de montagem adequada, margem de medição apropriada, amortecimento e filtragem adequados.Aplicações líquidas selecionadas também podem utilizar um poço de estabilização adequadamente projetado.

Q3: Qual é a zona cega de um transmissor de nível ultrassônico?

A3: É a região próxima ao transdutor onde os ecos refletidos não podem ser detectados de forma confiável. O nível máximo do processo deve permanecer fora dessa zona.

Q4: Qual é a vantagem de um transmissor de nível ultrassônico de dois fios?

A4: Um transmissor de dois fios utiliza tipicamente o mesmo par de fios para alimentação elétrica e transmissão do sinal 4-20mA, proporcionando uma configuração de cablagem de campo simples para instrumentação de processos.

Q5: Um transmissor ultrassônico de três fios é o mesmo que um transmissor de quatro fios?

A5: Não. Eles utilizam estruturas de fiação diferentes. Em alguns projetos de três fios, um condutor comum é compartilhado entre o circuito de alimentação e o de sinal; já nos projetos de quatro fios, os circuitos de alimentação e de sinal são normalmente separados.

Q6: Os transmissores de nível ultrassônicos podem ser utilizados com líquidos corrosivos?

A6: A medição sem contato reduz a exposição direta ao líquido, mas ainda é necessário considerar o material do transdutor, os vapores corrosivos, a temperatura e a condensação.

Q7: Os instrumentos ultrassônicos podem medir pós e grânulos?

A7: Sim. A poeira, as superfícies inclinadas e a dispersão acústica podem reduzir a intensidade do eco utilizável, por isso é frequentemente necessário um margem adicional de medição e uma montagem cuidadosa.

Q8: Como deve ser selecionada a abertura de montagem?

A8: As dimensões da flange, da rosca ou da bocal devem ser escolhidas com base no tamanho do transdutor, na faixa de medição, nas características do feixe e nos requisitos de instalação do modelo específico.

– Conclusão

Os transmissores de nível ultrassônicos constituem uma tecnologia de medição sem contato já consolidada, indicada para medição de água, efluentes, tanques de armazenamento e aplicações específicas com materiais sólidos em estado livre. A estabilidade da medição ao longo do tempo depende da velocidade do som na fase gasosa, da compensação térmica, da condensação do vapor, do movimento da superfície, da zona cega e da posição de instalação.

Líquidos voláteis em tanques fechados exigem atenção à composição gasosa e à condensação. As superfícies líquidas dinâmicas beneficiam-se de uma instalação adequada, de uma margem de medição apropriada e de filtragem digital. Em aplicações com sólidos em grande quantidade, devem ser consideradas a poeira, a dispersão e a inclinação do material. Os projetos de dois, três ou quatro fios devem ser selecionados com base na potência do instrumento e na arquitetura de sinal, enquanto o tamanho da flange, o comprimento do bocal e a distância de bloqueio devem seguir a documentação técnica do modelo escolhido.

METRAVON Os produtos de medição de nível por ultrassom podem ser configurados de acordo com o meio de processo, a distância de medição, as condições ambientais, a fonte de alimentação e as interfaces de sistema, tais como 4-20mA e RS485 Modbus RTU, apoiando a integração com PLCs, RTUs, sistemas de aquisição de dados e plataformas de monitoramento remoto para medição estável e escalável de níveis de líquidos e sólidos.