Quais são as vantagens e desvantagens dos sensores de nível ultrassônicos? Princípio, Aplicações e Guia de Seleção

Os sensores de nível ultrassônico determinam a distância a uma superfície líquida ou material medindo o tempo de viagem de ida e volta de um pulso acústico. São amplamente utilizados para medição de nível sem contato em tanques de água, bacias abertas, sistemas de águas residuais, poços úmidos e vasos de processo atmosférico selecionados. No entanto, porque as ondas ultrassônicas requerem um meio de gás para propagação, temperatura, vapor, espuma, poeira e condições de superfície podem influenciar significativamente o desempenho da medição.

1. Como funciona um sensor de nível ultrassônico?

Processo de medição

O sensor transmite um pulso ultrassônico → O pulso atinge a superfície do produto → Um eco é refletido → O sensor recebe o eco.

Cálculo da Distância

D = c × t / 2, onde D é a distância à superfície, c é a velocidade do som, e t é o tempo de viagem de ida e volta.

O transmissor converte a distância medida em nível usando a distância vazia configurada ou a altura do tanque. Como a velocidade do som no ar muda com a temperatura, os instrumentos ultrassônicos industriais normalmente incluem compensação automática da temperatura.

2. Principais vantagens dos sensores de nível ultrassônicos

Medição sem contato

O sensor não precisa ser imerso no líquido, reduzindo a corrosão direta, contaminação, escala e desgaste mecânico.

Instalação Simples

Pode-se usar montagem roscada, flange ou suporte, especialmente para bacias abertas, tanques e poços de águas residuais.

Manutenção Baixa

Não há flutuadores, varetas-guia ou componentes móveis imersos. A manutenção de rotina envolve principalmente a verificação da face e instalação do sensor.

Custo Competitivo

Para medição do nível de água atmosférica e do processo geral, a tecnologia ultrassônica pode fornecer uma solução econômica.

Não diretamente afetado pela densidade líquida

O instrumento mede a distância à superfície e não a pressão hidrostática.

Ampla gama de aplicações

Adequado para água, águas residuais, produtos químicos selecionados e alguns materiais sólidos granulares ou grosseiros.

3. Principais limitações da medição de nível ultrassônico

Efeitos da temperatura

A temperatura do ar altera a velocidade do som. A compensação da temperatura reduz o efeito, mas gradientes fortes ainda podem introduzir erros adicionais.

Espuma

Espuma grossa ou solta pode absorver ou dispersar energia acústica e enfraquecer o eco de superfície líquida real.

Vapor e gases voláteis

Alterações na composição do gás podem alterar as condições de propagação acústica e nem sempre podem ser corrigidas por compensação de temperatura normal.

Poeira

A poeira aérea pesada pode atenuar ou dispersar o som, fazendo com que o radar valha a pena avaliar para aplicações de sólidos difíceis.

Turbulência de superfície

Agitação, vórtice, cachoeiras ou alto fluxo de entrada podem redirecionar o eco para longe do sensor.

Vacuum

As ondas ultrassônicas requerem um meio de gás, de modo que os sensores de nível ultrassônicos padrão não são adequados para embarcações de próximo vácuo.

4. Qual é a distância de bloqueio?

Depois de transmitir um pulso ultrassônico, o transdutor continua vibrando por um curto período e não pode receber um eco muito próximo. A área perto do sensor onde a medição não é confiável é conhecida comodistância de bloqueio, zona morta ou zona de esvaziamento de campo próximo.

Regra de seleção:A distância de bloqueio varia significativamente entre os modelos de sensores. O nível máximo de líquido deve permanecer fora da distância de bloqueio especificada com uma margem de segurança adequada. Uma faixa máxima maior não significa automaticamente um sensor melhor para cada aplicação.

5. Por que a temperatura afeta a medição ultrassônica?

Instrumentos de nível ultrassônico calculam distância da velocidade do som e do tempo de viagem, enquanto a velocidade do som no ar muda com a temperatura. Os sensores industriais, portanto, normalmente usam um sensor de temperatura integrado para compensar o cálculo.

Em tanques altos, bacias exteriores, ou instalações com forte estratificação térmica, a temperatura média ao longo da trajetória sonora completa pode diferir da temperatura medida perto do transdutor. Erro adicional pode, portanto, permanecer mesmo quando a compensação de temperatura está ativa.

6. Como a medição do efeito da espuma, do vapor e da mídia volátil?

7. Os sensores de nível ultrassônicos podem medir os sólidos?

Sensores ultrassônicos podem ser usados para materiais granulares e grosseiros selecionados, como grãos, pellets plásticos, carvão e alguns produtos minerais. No entanto, os sólidos muitas vezes formam superfícies inclinadas, de modo que o sinal acústico refletido pode não retornar diretamente ao sensor.

Para o cimento, cinzas volantes, pó mineral e outros materiais empoeirados, a poeira aérea pode atenuar ainda mais o sinal. A medição do nível de radar deve, portanto, ser considerada para aplicações de sólidos a granel grandes ou difíceis.

8. Ultrassônico vs. Medição do nível de radar

9. Aplicações Típicas

Tanques de água e bacias

Tanques atmosféricos com condições ambientais relativamente estáveis são aplicações ultrassônicas típicas.

Águas residuais e poços húmidos

O sensor não permanece submerso em águas residuais, reduzindo a contaminação e manutenção diretas.

Hidrologia

Adequado para canais selecionados, reservatórios e outras aplicações de monitoramento em água aberta.

Sólidos em massa selecionados

Pode ser usado para alguns sólidos grosseiros ou granulares onde a poeira e a inclinação da superfície permanecem controláveis.

10. Orientações para a instalação

Apontar para a superfície

O sensor deve ser alinhado como perpendicular à superfície líquida como prático.

Evite o fluxo de entrada

Influxo de alta velocidade, cachoeiras e material de queda podem interferir com o eco real da superfície.

Evite Obstruções

Escadas, tubos, vigas, agitadores e estruturas de vasos podem gerar falsos ecos.

Mantenha o rosto do sensor limpo

Condensação, sujeira, lama, geada ou teias de aranha podem interferir na transmissão e recepção.

11. Um sensor de nível ultrassônico requer calibração?

Os instrumentos ultrassônicos normalmente não requerem calibração padrão-líquido frequente na forma como sensores analíticos, como pH ou sondas de oxigênio dissolvidas, fazem. No entanto, a configuração correta e verificação de campo ainda são necessárias após a instalação.

Distância vazia

Gama completa

Escala de 4–20 mA

Distância de bloqueio

Tempo de resposta

Supressão do falso-eco

Portanto, é mais preciso dizer que os sensores de nível ultrassôniconormalmente não requerem recalibração frequente, mas requerem a correta configuração e verificação de campo.

12. Informação necessária antes da seleção

Medição

Nome médio
Distância máxima de medição
Nível máximo
Turbulência superficial

Condições do processo

Temperatura
Pressão
Espuma
Vapor
Poeira

Instalação

Dimensões do tanque ou bacia
Posição de montagem
Linha/flange/bracket
Fotos do site

Eléctrico

Fonte de alimentação
4–20 mA
RS485 Modbus
Relé
Requisitos IP/Ex

  FAQ

1. Qual é a principal vantagem de um sensor de nível ultrassônico?

A principal vantagem é a medição sem contato. O sensor não precisa permanecer imerso no líquido do processo, reduzindo a corrosão, contaminação e acúmulo.

2. Qual é a principal desvantagem?

A medição ultrassônica depende da propagação acústica através do espaço gasoso, de modo que a temperatura, vapor, espuma, poeira e composição gasosa podem afetar o desempenho.

3. Até onde um sensor de nível ultrassônico pode medir?

Depende do sensor específico. Produtos industriais estão disponíveis em várias classes de gama, enquanto a distância útil real também é afetada por espuma, vapor, poeira, turbulência e condições de montagem.

4. Os sensores de nível ultrassônico podem medir as águas residuais?

Sim. Bacias de águas residuais e poços úmidos são aplicações comuns, mas espuma pesada, aeração ou forte turbulência devem ser avaliadas antes da seleção final.

5. Os sensores de nível ultrassônico podem medir o óleo?

Alguns óleos podem ser medidos, mas vapores voláteis no espaço gasoso podem alterar a propagação acústica e devem ser considerados.

6. Por que é necessária compensação de temperatura?

Porque a velocidade do som no ar muda com a temperatura. Sem compensação adequada, as mudanças de temperatura podem se tornar erros de distância.

7. Os sensores ultrassônicos podem ser usados em vasos de vácuo?

Os instrumentos ultrassônicos padrão são geralmente inadequados porque o som requer um meio de gás para propagação.

8. Os sensores de nível ultrassónico têm uma zona morta?

Sim. A distância de bloqueio real depende do design do sensor e da faixa de medição. O nível máximo deve permanecer fora da área de campo próximo especificada.

9. A espuma evita sempre a medição ultrassónica?

Não. Espuma fina e úmida ainda pode fornecer um eco utilizável, enquanto espuma espessa, solta ou continuamente mudando é muito mais provável para atenuar o sinal acústico.

10. Que informações METRAVON necessita para a selecção?

Por favor, forneça a média, distância máxima de medição, nível máximo, temperatura, pressão, espuma, vapor, condições de agitação, método de montagem, sinal de saída e fotos do local.

Conclusão

As principais vantagens dos sensores de nível ultrassônico sãomedição sem contato, construção simples, fácil instalação, manutenção relativamente baixa e custo global competitivo. Eles são particularmente adequados para tanques de água, bacias, sistemas de águas residuais, poços úmidos, canais abertos e aplicações de processos atmosféricos selecionados.

As suas principais limitações estão relacionadas comambiente de propagação acústica. Gradientes de temperatura, espuma, vapor, gases voláteis, poeira, vácuo e turbulência superficial severa podem afetar a estabilidade da medição. Por conseguinte, a selecção deve considerar mais do que o intervalo máximo.

A METRAVON pode comparar medições ultrassônicas e de nível de radar de acordo com o meio de processo, faixa de medição, temperatura, pressão, estrutura do vaso, condições de instalação e interface de saída necessária.