Seleção e instalação de sensores de nível ultrassônicos | METRAVON

Como selecionar e instalar um sensor de nível ultrassônico: alcance, zona morta, fiação e solução de problemas

Um sensor de nível ultrassônico estima a distância até uma superfície líquida cronometrando um eco acústico através do espaço de ar. É comumente usado em tanques atmosféricos, bacias de águas residuais, poços úmidos de bombeamento e canais abertos. Evita a imersão permanente da sonda, mas temperatura, vapor, espuma, zona morta e reflexões acústicas indesejadas podem afetar suas leituras.

Antes de escolher um modelo, calcule a maior distância sensor-líquido no nível mínimo e a menor distância no nível máximo. A profundidade do tanque por si só não é uma especificação de alcance suficiente.

Princípio de medição e conversão de nível

O transdutor envia um pulso acústico em direção ao líquido e recebe o eco. A uma velocidade do som v e um tempo de ida e volta t, a distância D = v × t / 2. Se o plano de referência do sensor estiver E acima do fundo do tanque, o nível h = E − D.

Por exemplo, uma altura de referência de 5,0 m e uma distância medida de 2,0 m dão um nível de líquido de 3,0 m. Verifique o plano de referência do modelo e se ele informa distância, nível ou elevação.

Verifique o alcance máximo e a distância de bloqueio juntos

O nível de líquido mais baixo cria a maior distância até o sensor; o nível mais alto cria a menor distância. Ambos os extremos devem cair dentro da janela de medição utilizável. Uma distância de bloqueio é uma limitação física de campo próximo e não pode ser removida apenas editando o alcance de medição.

Por exemplo, com um tanque de 5 m e uma referência do sensor a 5,3 m acima do fundo, a distância mais próxima no nível cheio é de apenas 0,3 m. Um candidato com distância mínima de medição de 0,35 m não seria adequado nessa posição de montagem.

Ângulo do feixe, obstáculos e bocais de montagem

Um feixe acústico se expande com a distância. Uma primeira estimativa geométrica é W ≈ 2D × tan(θ/2), onde W é o diâmetro da pegada, D é a distância e θ é o ângulo de feixe completo. A detecção real também depende dos lóbulos laterais e das reflexões da superfície.

Mantenha o feixe livre de fluxos de enchimento, agitadores, vigas, paredes do poço e tubulações. Um bocal longo ou estreito pode gerar ecos próximos; verifique o diâmetro e o comprimento do bocal e a posição do transdutor em relação ao desenho de instalação selecionado.

Materiais da sonda, temperatura e limitações de processo

Sem contato não significa que a sonda esteja isolada de vapores corrosivos. Bacias comuns podem aceitar plásticos de engenharia compatíveis, mas névoa ácida ou vapor químico exige verificar a compatibilidade do transdutor, da vedação e da carcaça quanto à composição química, concentração e temperatura.

A velocidade do som muda com a temperatura do ar e a composição do gás. Um único sensor de temperatura pode não compensar uma estratificação térmica acentuada. Vapor intenso, vácuo, espuma persistente ou um recipiente pressurizado exigem uma revisão tecnológica separada; selecionar um alcance nominal mais longo não é uma cura universal.

Integração 4–20mA e RS485/Modbus

Um laço de 4–20mA se adequa a entradas PLC analógicas, desde que a topologia de fiação, a tensão de terminal disponível, a resistência de carga e o mapeamento de unidades de engenharia estejam corretos. Com 4–20mA mapeado para 0–5m de nível positivo, h = (I − 4)/16 × 5; 12mA correspondem a 2,5m. Esta fórmula não se aplica à saída de distância ou ao mapeamento reverso.

RS485 denota a interface elétrica, enquanto Modbus RTU denota o protocolo. Obtenha o mapa de registradores, o endereço, a taxa de transmissão, a ordem dos bytes e a escala antes da integração, e verifique a topologia do barramento, a terminação e a referência de sinal.

Lista de verificação de comissionamento e manutenção

• Confirmar datum do sensor, distância vazia, níveis de água extremos e distância de bloqueio
• Verificar a cobertura do feixe acústico e os ecos falsos suspeitos
• Comparar o nível verificado de forma independente com o display local e depois com os valores do PLC/RTU
• Definir filtragem razoável e tratamento de perda de eco; não suavizar um alvo errado em dados plausíveis
• Inspecionar contaminação, condensação, prensa-cabos e suportes de montagem
• Limpar com o procedimento aprovado pelo fabricante e basear os intervalos de inspeção no histórico de serviço real

Solução rápida de problemas baseada em sintomas

Informações necessárias para um orçamento de projeto

Forneça o fluido e a concentração, altura e diâmetro do recipiente, níveis alto/baixo, dimensões de abertura e bocal, temperatura e pressão, condições de espuma ou vapor, tensão de alimentação, interface 4–20mA ou RS485 necessária, comprimento do cabo, quantidade e destino. Fotografias do local geralmente revelam obstruções do feixe antes de o equipamento ser encomendado.

Perguntas frequentes

Os sensores de nível ultrassônicos podem medir águas residuais?

Um modelo adequado pode funcionar quando a faixa útil, a trajetória no gás e a construção exposta forem compatíveis com a bacia. Avalie espuma, respingos, depósitos e a menor distância no nível máximo. Verifique nas condições de processo relevantes; uma leitura de bancada com água limpa não comprova desempenho em uma instalação de águas residuais em operação.

Um sensor ultrassônico pode se conectar diretamente a um PLC?

Somente se a saída encomendada e a entrada do PLC forem compatíveis. Confirme fiação de corrente ativa ou passiva, tensão disponível nos terminais, escala e tratamento de falha, ou obtenha o protocolo serial e o mapa de registros suportados. RS485, sozinho, não comprova suporte a Modbus, e nenhuma das interfaces fornece automaticamente transmissão celular ou à nuvem.

Quando o radar deve ser considerado em vez disso?

Compare um radar adequado ao processo quando composição do gás, gradientes de temperatura ou atenuação tornarem a trajetória acústica pouco confiável. O radar ainda exige montagem, materiais e rastreamento válidos. MV-RD11 é um modelo de radar e TG511 é uma RTU de aquisição; nenhum identifica um transdutor ultrassônico. Solicite confirmação de um modelo ultrassônico se esse princípio for necessário.

Exemplo de montagem: verifique em conjunto alcance e folga do feixe

Suponha que o plano de referência do sensor esteja 6,2m acima do piso da bacia. Os níveis de líquido mínimo e máximo são 0,4m e 5,7m. A distância máxima sensor-líquido é 6,2−0,4=5,8m, enquanto a mínima é 6,2−5,7=0,5m. O dispositivo selecionado deve retornar um eco utilizável a 5,8m e ter uma distância mínima de medição especificada abaixo de 0,5m com folga adequada para o movimento do nível.

Para um hipotético ângulo de feixe completo de 10°, a pegada geométrica a 5,8m é de aproximadamente 2×5,8×tan(5°), ou 1,02m de diâmetro. Uma tubulação dentro de 0,51m do eixo exige uma análise mais atenta do diagrama de feixe do fabricante ou uma posição de montagem revisada. Esta é uma estimativa geométrica, não um limite acústico rígido.

Registro de aceitação em campo

Mantenha a seleção de compra separada do ensaio de comprovação no local. Comissionamento ultrassônico e aceitação em campo