Каковы преимущества и недостатки ультразвуковых датчиков? Принцип, приложения и руководство по выбору

Ультразвуковые датчики уровня определяют расстояние до поверхности жидкости или материала, измеряя время прохождения акустического импульса. Они широко используются для бесконтактного измерения уровня в резервуарах для воды, открытых бассейнах, системах сточных вод, влажных скважинах и отдельных судах для атмосферных процессов. Однако, поскольку ультразвуковые волны требуют газовой среды для распространения, температура, пар, пена, пыль и условия поверхности могут значительно влиять на производительность измерения.

1. Как работает ультразвуковой датчик уровня?

Процесс измерения

Датчик передает ультразвуковой импульс → Пульс достигает поверхности продукта → Отражено эхо → Датчик получает эхо.

Расчет расстояния

D = c × t/2, где D — расстояние до поверхности, c — скорость звука, t — время в пути.

Передатчик преобразует измеренное расстояние в уровень, используя настроенное пустое расстояние или высоту резервуара. Поскольку скорость звука в воздухе изменяется с температурой, промышленные ультразвуковые приборы обычно включают автоматическую температурную компенсацию.

2. Основные преимущества ультразвуковых датчиков уровня

Неконтактное измерение

Датчик не нужно погружать в жидкость, уменьшая прямую коррозию, загрязнение, масштабирование и механический износ.

Простая установка

Проточная, фланцевая или кронштейнная установка может использоваться, особенно для открытых бассейнов, резервуаров и колодцев сточных вод.

Низкое техническое обслуживание

Нет поплавков, направляющих стержней или погруженных движущихся компонентов. Регулярное техническое обслуживание в основном включает проверку лица датчика и установку.

Конкурентные издержки

Для измерения уровня атмосферной воды и общего процесса ультразвуковая технология может обеспечить экономически эффективное решение.

Не влияет на плотность жидкости

Инструмент измеряет расстояние до поверхности, а не гидростатическое давление.

Широкий диапазон применения

Подходит для воды, сточных вод, выбранных химических веществ и некоторых гранулированных или грубых твердых материалов.

3. Основные ограничения измерения ультразвукового уровня

Температурные эффекты

Температура воздуха изменяет скорость звука. Температурная компенсация снижает эффект, но сильные градиенты все равно могут ввести дополнительную погрешность.

пена

Толстая или рыхлая пена может поглощать или рассеивать акустическую энергию и ослаблять фактическое эхо поверхности жидкости.

Пар и летучие газы

Изменения в составе газа могут изменить условия акустического распространения и не всегда могут быть исправлены нормальной температурной компенсацией.

пыль

Тяжелая воздушно-десантная пыль может ослаблять или рассеивать звук, что делает радар достойным оценки для сложных применений твердых веществ.

Турбулентность поверхности

Агитация, вихрь, водопады или высокий входной поток могут перенаправить эхо от датчика.

вакуум

Ультразвуковые волны требуют газовой среды, поэтому стандартные датчики ультразвукового уровня не подходят для ближнего вакуума.

4. Что такое блокирующее расстояние?

После передачи ультразвукового импульса преобразователь продолжает вибрировать в течение короткого периода времени и не может надежно получить очень близкое эхо. Область рядом с датчиком, где измерения ненадежны, называется зоной.блокирование расстояния, мертвой зоны или зоны ближнего поля.

Правило выбора:Расстояние блокировки значительно варьируется между моделями датчиков. Максимальный уровень жидкости должен оставаться за пределами указанного расстояния блокировки с соответствующим запасом прочности. Большой максимальный диапазон не означает автоматически лучший датчик для каждого приложения.

5. Почему температура влияет на ультразвуковое измерение?

Инструменты ультразвукового уровня вычисляют расстояние от скорости звука и времени в пути, в то время как скорость звука в воздухе изменяется с температурой. Поэтому промышленные датчики обычно используют встроенный датчик температуры для компенсации расчета.

В высоких резервуарах, открытых бассейнах или установках с сильной термической стратификацией средняя температура вдоль всего звукового пути может отличаться от температуры, измеренной вблизи преобразователя. Поэтому дополнительная погрешность может сохраняться даже при активной температурной компенсации.

6. Как пена, пар и летучие среды влияют на измерение?

7. Могут ли ультразвуковые датчики измерять твердые тела?

Ультразвуковые датчики могут использоваться для выбранных гранулированных и грубых материалов, таких как зерно, пластиковые гранулы, уголь и некоторые минеральные продукты. Однако твердые вещества часто образуют наклонные поверхности, поэтому отраженный акустический сигнал может не возвращаться непосредственно к датчику.

Для цемента, летучей золы, минерального порошка и других пыльных материалов воздушная пыль может еще больше ослабить сигнал. Поэтому измерение уровня радара должно также учитываться при применении больших или сложных объемных твердых веществ.

8. Ультразвуковой vs. Измерение уровня радара

9. Типичные применения

Водные резервуары и бассейны

Атмосферные резервуары с относительно стабильными условиями окружающей среды являются типичными ультразвуковыми приложениями.

Сточные воды и влажные колодцы

Датчик не остается погруженным в сточные воды, уменьшая прямое загрязнение и обслуживание.

гидрология

Подходит для выбранных каналов, резервуаров и других приложений мониторинга открытых вод.

Избранные твердые частицы

Может использоваться для некоторых грубых или гранулированных твердых тел, где пыль и наклон поверхности остаются управляемыми.

10. Руководство по установке

Цель на поверхности

Датчик должен быть выровнен так же перпендикулярно поверхности жидкости, как это практично.

Избегайте входного потока

Высокоскоростной приток, водопады и падающий материал могут мешать фактическому эху поверхности.

Избегайте препятствий

Лестницы, трубы, балки, агитаторы и конструкции сосудов могут генерировать ложные отголоски.

Держите лицо сенсора чистым

Конденсация, грязь, осадок, мороз или паутина могут мешать передаче и приему.

11. Требует ли ультразвуковой датчик калибровки?

Ультразвуковые приборы обычно не требуют частой калибровки по жидкостным стандартам, как это делают аналитические датчики, такие как рН или растворенные кислородные зонды. Однако после установки все еще требуется правильная конфигурация и проверка поля.

Пустое расстояние

Полномасштабный диапазон

4-20 мА масштабирование

Блокирующее расстояние

Время отклика

Подавление ложного эха

Поэтому точнее сказать, что ультразвуковые датчики уровняОбычно они не требуют частой перекалибровки, но требуют правильной настройки и проверки на местах..

12. Информация, необходимая перед выбором

Измерение

Среднее имя
Максимальное расстояние измерения
Максимальный уровень
турбулентность поверхности

Условия обработки

температура
Давление
пена
пар
пыль

установка

Размеры резервуара или бассейна
Положение для монтажа
Нить/фланг/кронштейн
Фотографии сайта

электрический

Электропитание
4-20 мА
RS485 Модбус
Эстафета
IP/Ex требования

  FAQ

1. В чем главное преимущество ультразвукового датчика уровня?

Основным преимуществом является бесконтактное измерение. Датчик не должен оставаться погруженным в жидкость процесса, уменьшая коррозию, загрязнение и накопление.

2. В чем главный недостаток?

Ультразвуковое измерение зависит от акустического распространения через газовое пространство, поэтому температура, пар, пена, пыль и состав газа могут влиять на производительность.

3. Как далеко может зайти ультразвуковой датчик уровня?

Это зависит от конкретного датчика. Промышленные продукты доступны в нескольких классах диапазона, в то время как фактическое полезное расстояние также зависит от пены, пара, пыли, турбулентности и условий монтажа.

4. Могут ли ультразвуковые датчики измерять сточные воды?

Да. Бассейны сточных вод и влажные скважины являются распространенными приложениями, но перед окончательным выбором следует оценить тяжелую пену, аэрацию или сильную турбулентность.

5. Могут ли ультразвуковые датчики измерять масло?

Некоторые масла могут быть измерены, но летучие пары в газовом пространстве могут изменять акустическое распространение.

6. Зачем нужна температурная компенсация?

Потому что скорость звука в воздухе меняется с температурой. Без надлежащей компенсации изменения температуры могут стать ошибками расстояния.

7. Могут ли ультразвуковые датчики использоваться в вакуумных сосудах?

Стандартные ультразвуковые инструменты, как правило, не подходят, потому что звук требует газовой среды для распространения.

8. Есть ли у ультразвуковых датчиков мертвая зона?

Да. Фактическое расстояние блокировки зависит от конструкции датчика и диапазона измерения. Максимальный уровень должен оставаться за пределами указанного ближнего поля.

9. Всегда ли пена препятствует ультразвуковым измерениям?

Нет. Тонкая, влажная пена все еще может обеспечить полезное эхо, в то время как толстая, рыхлая или постоянно меняющаяся пена с гораздо большей вероятностью ослабит акустический сигнал.

10. Какая информация нужна МЕТРАВОНУ для выбора?

Пожалуйста, предоставьте среднее, максимальное расстояние измерения, максимальный уровень, температуру, давление, пену, пар, условия перемешивания, способ монтажа, выходной сигнал и фотографии сайта.

Заключение

Основными преимуществами ультразвуковых датчиков уровня являютсябесконтактное измерение, простая конструкция, простая установка, относительно низкое техническое обслуживание и конкурентоспособная общая стоимость. Они особенно подходят для резервуаров для воды, бассейнов, систем сточных вод, влажных скважин, открытых каналов и отдельных применений атмосферных процессов.

Их основные ограничения связаны сакустическая среда распространения. Температурные градиенты, пена, пар, летучие газы, пыль, вакуум и сильная турбулентность поверхности могут влиять на стабильность измерений. Поэтому при выборе следует учитывать не только максимальный диапазон.

METRAVON может сравнивать ультразвуковые и радиолокационные измерения уровня в соответствии с технологической средой, диапазоном измерения, температурой, давлением, структурой судна, условиями установки и требуемым выходным интерфейсом.