Распространенные проблемы ультразвуковых датчиков уровня

Типичные проблемы с ультразвуковыми датчиками уровня: закрытые ёмкости, турбулентные поверхности, «слепая зона» и руководство по монтажу —

Ультразвуковые датчики уровня используют бесконтактный метод измерения времени пролёта для определения положения поверхности жидкости или твёрдого материала в bulk-среде. Датчик излучает ультразвуковой импульс в сторону материала, принимает отражённый эхо-сигнал и на основе измеренного времени пролёта и текущей скорости звука рассчитывает расстояние до поверхности материала.

Ультразвуковые измерения широко применяются в водных резервуарах, системах сточных вод, водохранилищах, открытых каналах, промышленных резервуарах, а также в отдельных типах силосов для твёрдых материалов. Стабильность измерений может зависеть от температуры, состава газа, наличия паров, конденсации, образования пены, смещения поверхности, концентрации пыли и геометрии установки. Поэтому правильный подбор и грамотная установка оборудования имеют решающее значение для обеспечения стабильной работы в долгосрочной перспективе.

1. Как работает ультразвуковой уровеньный передатчик?

Ультразвуковой преобразователь устанавливается над рабочей средой и излучает акустический импульс в сторону поверхности жидкости или твёрдого тела. Акустическая волна отражается от поверхности материала, и часть эха возвращается к преобразователю, где преобразуется в электрический сигнал.

Прибор измеряет время прохождения пути туда и обратно и рассчитывает расстояние, используя скорость звука в газовой среде:

Расстояние = Скорость звука × Время прохождения пути туда и обратно ÷ 2

При известной опорной высоте установки фактическую высоту можно рассчитать по формуле:

Высота = Опорная высота − Расстояние до поверхности материала

Поскольку скорость звука в воздухе зависит от температуры, в промышленных ультразвуковых уровнемерах обычно применяется датчик температуры и компенсация её влияния для снижения погрешности измерений, обусловленной температурой.

2. Как следует измерять летучие жидкости в закрытых резервуарах?

В закрытых резервуарах, содержащих летучие жидкости, необходимо учитывать состав газа над жидкостью, а также возможную конденсацию на преобразователе. Ультразвуковые сигналы распространяются через газовый слой, поэтому, если состав паров существенно отличается от состава обычного воздуха, реальная скорость звука также может измениться, что может привести к погрешности определения расстояния.

Летучие среды также могут конденсироваться на поверхности более холодного преобразователя. Постоянная жидкая пленка или слой конденсата могут ослабить передаваемые и принятые звуковые волны и вызвать нестабильное эхо.

Подтверждение состава газа

Если объём паровой фазы существенно отличается от объёма воздуха, оцените влияние этого различия на скорость распространения звука и точность измерений.

— контроль образования конденсата;

— наличие устойчивых жидких плёнок на преобразователе может снижать интенсивность эха и в таких случаях может потребоваться изменение положения крепления или проведение периодических проверок.

Оценка вариаций концентрации паров.

Процессы с изменяющейся концентрацией паров следует тщательно оценивать; при соответствующих условиях можно сравнивать использование радарных систем или других технологий без контакта.

3. Как обеспечить стабильность измерений на поверхности жидкости с интенсивным движением?

Заполнение, слив, перемешивание, аэрация и работа насоса могут вызвать непрерывное движение поверхности. Когда ультразвуковой импульс достигает наклонной или быстро движущейся поверхности, часть акустической энергии может отражаться от преобразователя, уменьшая полезное эхо.

Стабильность измерений обычно улучшается за счет монтажного положения, выбора диапазона и обработки сигналов.

Оптимизация монтажного положения

Установите датчик выше относительно стабильной области, которая представляет собой средний уровень жидкости и вдали от мешалок, входов и сильной турбулентности.

Позволяет достаточное измерение маржи

Перемещение поверхности, образование пены и испарение могут снижать интенсивность полезного эха, поэтому диапазон измерений должен включать соответствующий запас условий применения.

Использование демпфирования и фильтрации

Настройки усреднения, демпфирования и обработки эха позволяют сбалансировать скорость отклика и стабильность выходных данных.

При необходимости использовать стилизирующую яму

Для некоторых видов применения жидкости может быть целесообразным использование правильно спроектированной стилизирующей ямы, что обеспечит более стабильную поверхность для измерений.

4.В каких температурных и давлении условиях подходят ультразвуковые измерения?

Допустимая температура и технологическое давление зависят от материала преобразователя, технологического соединения и конструкции прибора. Различные ультразвуковые модели могут иметь значительно разные пределы. Поэтому

Выбор проекта следует подтвердитьТемпература процесса, температура окружающей среды и допустимое давление процессаОтдельно. Высокая температура, высокое давление, тяжелый пар или необычные газофазные приложения требуют дополнительной оценки перед тем, как выбрать ультразвуковое измерение.

5. Что такое слепая зона ультразвукового преобразователя уровня?

После передачи ультразвукового импульса преобразователь продолжает колебаться в течение короткого времени и не может надёжно регистрировать отражённый сигнал, который возвращается слишком быстро. В результате формируется короткий участок вблизи датчика, не поддающийся измерению, который обычно называют «слепой зоной» (), «зона блокировки» или «мёртвой зоной» (). Максимальный ожидаемый уровень сигнала должен оставаться за пределами этой зоны блокировки (

).Следовательно, высота установки должна предусматривать достаточный зазор над максимальным уровнем технологического процесса.

Расстояние блокировки зависит от частоты преобразователя, диапазона и конструктивных особенностей. У ультразвуковых передатчиков малого и большого диапазона зоны нечувствительности могут существенно различаться, поэтому точное значение следует уточнять в спецификации выбранной модели.

6. В чём разница между двухпроводными, трёхпроводными и четырёхпроводными ультразвуковыми передатчиками?

Конфигурация проводки определяется типом источника питания прибора и структурой выходных сигналов.Типичные промышленные конфигурации включают двухпроводные, трёхпроводные и четырёхпроводные схемы.

Тип проводки сам по себе не определяет характеристики передачи ультразвуковых сигналов. Фактическая возможность измерений зависит от размеров преобразователя, конструкции электронной схемы, управления энергопотреблением и диапазона измерений прибора. При монтаже следует строго следовать схеме подключения выбранного устройства.

— 7. Что имеет наибольшее значение при инженерном отборе?

— положение установки оказывает существенное влияние на стабильность ультразвуковых измерений.Сенсор следует устанавливать над представительной поверхностью и обеспечивать наличие чёткого акустического пути.

Избегайте заполнения точек.

Спадение твёрдых частиц и поступление жидкости могут блокировать эффективную поверхность и вызывать нестабильные эхо-сигналы.

Избегайте использования перемешивателей.

Лопатки перемешивателей и турбулентность постоянно изменяют состояние поверхности.

Избегайте наличия стационарных препятствий.

Лестницы, балки и трубы могут вызывать нежелательные акустические отражения.

Учёт «слепой зоны».

Максимальный уровень процесса должен находиться за пределами заданного расстояния блокировки.

8.Как следует выбирать габариты фланца и сопла?

Размеры монтажного отверстия зависят от диапазона датчика, диаметра преобразователя, акустического луча и конструкции изделия. Длинное или узкое сопло может ограничить распространение звука и создать дополнительные внутренние отражения.

Поэтому размер фланца и длина сопла должны соответствовать требованиям к монтажу конкретного ультразвукового датчика уровня. Датчики с большим диапазоном измерения, как правило, требуют достаточного зазора вокруг датчика, в то время как датчики с коротким диапазоном измерения также должны иметь достаточную площадь отверстия для нормального передачи и приёма сигналов.

— 9. В чем разница между ультразвуковым датчиком уровня и ультразвуковым датчиком уровня для твердых тел?

— «Ультразвуковой уровеньный прибор» — это общий термин, охватывающий бесконтактные измерения как жидкостей, так и сыпучих твердых тел.

При использовании в жидкостях прибор обычно называют ультразвуковым датчиком уровня(). При применении в порошках, гранулах или других твёрдых телах его обычно называют ультразвуковым датчиком уровня твёрдых тел() или ультразвуковым датчиком уровня для сыпучих твёрдых тел. Принцип работы — время пролёта — остаётся неизменным, однако в задачах с твёрдыми телами обычно требуется больший запас по измерению и более высокая мощность обработки эхо-сигналов.

10.Насколько эффективны ультразвуковые измерения для твёрдых тел в целом?

Ультразвуковые приборы позволяют измерять порошки, гранулы и отобранные твёрдые материалы в свободном состоянии. Однако твёрдые поверхности, как правило, создают более сложные условия для формирования эха по сравнению с жидкостными поверхностями. Твёрдые материалы в свободном состоянии могут иметь наклонные поверхности, вызывать акустическое рассеяние и приводить к распространению пыли в воздухе, что снижает интенсивность эха. Поэтому при применении приборов

в твёрдых материалах обычно требуется дополнительный запас точности измерений и тщательная установка прибора вдали от потока загрузки.Предпочтительное положение должно отражать средний уровень материала и обеспечивать стабильную зону отражения.

Эффективный измерительный диапазон для твёрдых тел может быть меньше, чем диапазон для жидкостей у одного и того же преобразователя. Точные зависимости определяются размером частиц, содержанием пыли, углом покоя и акустической отражательной способностью, поэтому пригодный измерительный диапазон следует определять для конкретного объёмного материала.

11. Подходят ли для ультразвукового измерения коррозионные, вязкие или мутные жидкости?

Поскольку ультразвуковые датчики уровня, как правило, устанавливаются над жидкостью и не находятся в её среде, они могут быть пригодны для использования с определёнными коррозионно-активными, вязкими или мутными жидкостями.

При выборе системы необходимо также учитывать наличие пара, пены, конденсации и температуру технологического процесса. Высокая летучесть рабочей среды, резкие изменения состава пара или образование стойкой густой пены могут влиять на распространение звука и качество эха; эти факторы следует оценивать на этапе отбора.

12.Типичные проблемы и рекомендации по проверке

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Можно ли использовать ультразвуковой датчик уровня для летучих жидкостей в закрытом резервуаре?

A1: Да, в зависимости от условий в паровой зоне. Летучие газы могут изменять скорость звука, а конденсация — снижать эффективность преобразователя, поэтому необходимо оценить свойства среды, температуру и состояние паровой фазы.

Q2: Можно ли использовать ультразвуковые измерения при сильном движении поверхности жидкости?

A2: Да. Стабильность измерений можно повысить за счёт оптимального размещения датчика, адекватного диапазона измерений, а также применения демпфирования и фильтрации.Для определённых жидкостных применений также может использоваться properly спроектированный стилизирующий колодец.

Q3: Что такое «слепая зона» ультразвукового датчика уровня?

A3: Это область в непосредственной близости от преобразователя, в которой отражённые эхо-сигналы не могут быть надёжно обнаружены. Максимальный уровень измеряемого параметра должен находиться за пределами этой зоны.

Q4: В чём заключается преимущество двухпроводного ультразвукового датчика уровня?

A4: двухпроводный передатчик обычно использует одну и ту же пару проводов для питания и 4-20mA Передача сигнала, обеспечивая простую проводку поля для отростчатой аппаратуры.

Q5: Является ли трёхпроводной ультразвуковой передатчик эквивалентен четырёхпроводному передатчику?

A5: Нет. Они используют различные схемы разводки: в некоторых трёхпроводных решениях общий провод используется как для питания, так и для передачи сигнала, тогда как в четырёхпроводных решениях цепи питания и сигнала, как правило, разделены.

Q6: Можно ли использовать ультразвуковые датчики уровня в условиях присутствия коррозионно активных жидкостей?

A6: В измерении без контакта исключается прямое воздействие жидкости, однако всё же необходимо учитывать материал преобразователя, коррозионную активность паров, температуру и возможность образования конденсата.

Q7: Могут ли ультразвуковые приборы измерять порошки и гранулы?

A7: Да. Пыль, наклонные поверхности и акустическое рассеяние могут снижать интенсивность полезного эха, поэтому зачастую требуется дополнительный запас при измерении и тщательная установка датчика.

Q8: Как следует выбирать отверстие для установки?

A8: Размеры фланца, резьбы или сопла должны определяться на основе габаритов датчика, диапазона измерений, характеристик луча и требований к монтажу для конкретной модели.

— заключение

Ультразвуковые датчики уровня представляют собой отлаженную технологию бесконтактного измерения для воды, сточных вод, резервуаров хранения и в отдельных случаях — для твёрдых твёрдых тел. Длительная стабильность измерений зависит от скорости звука в газовой фазе, компенсации температурных колебаний, конденсации паров, перемещения поверхности, наличия «слепой зоны» и положения установки датчика.

Для летучих жидкостей в закрытых резервуарах необходимо учитывать состав газа и возможную конденсацию. При измерении динамических поверхностей жидкости следует применять соответствующую конструкцию крепления, обеспечить достаточный запас для измерения и использовать цифровую фильтрацию. В приложениях с твёрдыми телами необходимо учитывать наличие пыли, рассеивание сигнала и наклон поверхности материала. Типы измерительных систем — двухпроводные, трёхпроводные и четырёхпроводные — следует выбирать в соответствии с мощностью прибора и архитектурой сигнального тракта, а габариты фланца, длина сопла и расстояние до препятствия должны соответствовать техническим характеристикам выбранной модели.

METRAVON Ультразвуковые измерительные приборы могут быть сконфигурированы в соответствии с технологической средой, расстоянием измерения, условиями окружающей среды, источником питания и системными интерфейсами, такими как 4-20mA и RS485 Modbus RTU, Поддерживая интеграцию с PLCs, RTU, системы сбора данных и платформы удаленного мониторинга для стабильного и масштабируемого измерения уровня жидкости и твердого тела.