Thiết bị đo mức siêu âm: lựa chọn, lắp đặt và vận hành

1. Cách lựa chọn phạm vi đo của máy đo mức siêu âm?

Khi lựa chọn máy đo mức siêu âm, trước tiên cần xác định khoảng cách đo thực tế.

Nếu đang đo chất lỏng thông thường và môi trường tại hiện trường tương đối ổn định, có thể chọn mẫu máy phù hợp dựa trên phạm vi đo định mức của thiết bị.

Tuy nhiên, nếu đối tượng đo hoặc môi trường tại hiện trường tương đối phức tạp, việc chọn phạm vi đo chỉ dựa trên khoảng cách thực tế có thể không đủ.

1. Đo lường vật liệu rắn

Đối với việc đo độ cao của vật liệu rắn, bề mặt vật liệu thường không phẳng như bề mặt chất lỏng mà có thể có độ dốc, góc nghỉ hoặc bề mặt không đều. Do đó, tín hiệu phản xạ hiệu quả trở lại đầu dò có thể bị suy giảm.

Trong trường hợp này, vật liệu được đo và khoảng cách đo thực tế cần được thông báo trước cho nhà sản xuất; đồng thời, cần bổ sung một khoảng dư hợp lý cho phạm vi đo dựa trên điều kiện tại hiện trường.

Đối với các vật liệu mềm có khả năng hấp thụ âm thanh mạnh – như bột mì, bông hoặc bọt xốp – tín hiệu phản xạ siêu âm có thể rất yếu; do đó, các máy đo mức siêu âm thông thường có thể không phù hợp, và cần xác minh khả năng đo thực tế trước khi sử dụng.

2.Liệu thiết bị đo mức bằng sóng siêu âm có còn được sử dụng khi có sự hiện diện của bọt khí không?

Khi có bọt khí xuất hiện trên bề mặt chất lỏng, hiện tượng này có thể ảnh hưởng đến sự lan truyền và phản xạ của sóng siêu âm.

Khi lớp bọt khí phủ rộng trên bề mặt, nó có thể:

• Tắm lấy một phần năng lượng sóng siêu âm;

• Phân tán các sóng âm;

• Làm suy yếu tín hiệu phản hồi từ bề mặt chất lỏng thực tế;

• Dẫn đến việc thiết bị đo được giá trị tương ứng với bề mặt bọt khí thay vì bề mặt chất lỏng thực tế.

Do đó, nếu có diện tích lớn bọt xốp tồn tại liên tục tại hiện trường, nên dành ra một khoảng dư cho phạm vi đo lớn hơn khi lựa chọn mẫu thiết bị.

Dựa trên kinh nghiệm sử dụng mà quý vị cung cấp, khi độ dày bọt xốp vượt quá khoảng 5 cm, không khuyến nghị chọn trực tiếp Thiết bị đo mức siêu âm trong điều kiện vận hành thông thường.Đối với loại dự án này, tốt nhất nên xác định trước độ dày của lớp bọt, diện tích phủ và độ ổn định trước khi quyết định xem phương pháp đo bằng sóng siêu âm có phù hợp hay không.

– 3. Tại sao phải nêu rõ về bụi hoặc hơi?

– Các sóng siêu âm cần truyền qua không khí hoặc khí.

Nếu không khí chứa một lượng lớn bụi hoặc hơi nước, các sóng âm có thể bị suy giảm hoặc tán xạ trong quá trình lan truyền, do đó làm giảm cường độ của âm vang hiệu dụng.

Do đó, khi lựa chọn mô hình phù hợp cho các môi trường sau đây, cần thông báo trước các điều kiện vận hành thực tế:

• – Nồng độ bụi cao;

• – Khí nước rõ rệt;

• – Sương axit hoặc sương kiềm;

• – Môi trường độ ẩm cao;

• – Sự biến động lớn trong môi trường pha khí.

Việc chỉ thông báo cho nhà cung cấp rằng “khoảng cách đo là 5 m” là không đủ, vì ngay cả khi khoảng cách hình học là như nhau, độ khó trong việc đo lường thực tế cũng có thể thay đổi đáng kể tùy theo điều kiện tại từng địa điểm.

4. Vật liệu đầu dò siêu âm nên được lựa chọn như thế nào?

Vật liệu đầu dò chủ yếu phụ thuộc vào mức độ ăn mòn của môi trường được đo.

Nếu môi trường là nước thông thường, nước thải hoặc môi trường có tính axit nhẹ hoặc tính kiềm, có thể sử dụng bộ cảm biến tiêu chuẩn tùy theo loại sản phẩm cụ thể.

Nếu khu vực có tính ăn mòn cao, cần lựa chọn bộ cảm biến có khả năng chống ăn mòn tương ứng.

Đặc biệt trong môi trường axit mạnh hoặc kiềm mạnh, ngoài việc xem xét bản thân chất lỏng, cần lưu ý xem có thể hình thành các chất sau đây hay không:

• sương axit;

• sương kiềm;

• hơi ăn mòn;

Mặc dù đầu dò siêu âm thường được đặt phía trên bề mặt chất lỏng, nhưng việc tiếp xúc lâu dài với môi trường dạng khí có tính ăn mòn vẫn có thể ảnh hưởng đến đầu dò này.

Do đó, trong quá trình lựa chọn mô hình, nên cung cấp thông tin:

Tên chất lỏng + nồng độ + nhiệt độ + có hiện diện của làn sương ăn mòn hay không;

thay vì chỉ nêu đơn giản là “đo chất lỏng axit” hoặc “đo chất lỏng kiềm”.

5. Tại sao góc chùm sóng siêu âm phải được xem xét trong quá trình lắp đặt?

Tín hiệu phát ra từ đầu dò siêu âm không phải là một đường thẳng cực mỏng, mà có một góc chùm sóng nhất định.

Có thể hiểu rằng nó tương tự như chùm sáng của chiếc đèn pin:

Khoảng cách từ đầu dò càng lớn thì diện tích mà chùm sóng âm thường bao phủ cũng càng lớn.

Góc chùm sáng không hoàn toàn giống nhau đối với các đầu dò thuộc các mẫu mã và phạm vi đo lường khác nhau.

Do đó, khi lựa chọn vị trí lắp đặt, cần không chỉ kiểm tra xem có vật cản nào nằm ngay dưới đầu dò hay không, mà còn phải kiểm tra toàn bộ khu vực mà chùm tia siêu âm chiếu tới.

6. Những vật cản nào có thể dễ dàng tạo ra âm vang giả?

Nếu có các vật thể khác nằm trong phạm vi truyền sóng siêu âm, những vật thể này cũng có thể phản xạ sóng âm.

Các chướng ngại vật thông thường bao gồm:

• Ống dẫn;

• Thang;

• Giá đỡ bồn chứa;

• Bơm và van;

• Dầm ngang;

• Các cấu trúc nhô ra trên tường bồn chứa;

• Thiết bị quy trình khác.

Đặc biệt khi các chướng ngại vật nằm ở khoảng cách tương đối gần với đầu dò, các tín hiệu phản xạ do chúng tạo ra có thể khá mạnh; trong trường hợp này, thiết bị có thể nhầm lẫn và xác định những tín hiệu này là bề mặt chất lỏng thực tế.

Hiện tượng này được gọi là "tín hiệu phản xạ giả".

Do đó, trong quá trình lắp đặt, nên ưu tiên tránh các chướng ngại vật bằng cách xác định vị trí lắp đặt phù hợp, thay vì chỉ phụ thuộc hoàn toàn vào công cụ lọc dữ liệu phần mềm.

Nếu các cấu trúc cố định thực sự không thể tránh khỏi tại hiện trường, có thể thực hiện việc triệt tiêu tiếng vang giả hoặc điều chỉnh tham số tùy theo chức năng của thiết bị cụ thể.

7. Tại sao đầu dò phải vuông góc với bề mặt của chất được đo?

Để đảm bảo sóng siêu âm có thể trở lại đầu dò một cách hiệu quả, bề mặt phát sóng của bộ chuyển đổi thường cần được căn chỉnh sao cho trùng khớp với bề mặt chất được đo một cách chính xác nhất có thể.

Đối với bề mặt chất lỏng nằm ngang, đầu dò thường được lắp đặt sao cho hướng gần như thẳng đứng xuống dưới.

Nếu đầu dò bị nghiêng đáng kể, sóng âm có thể bị phản xạ theo hướng khác sau khi đến bề mặt chất lỏng, dẫn đến:

• tín hiệu hồi âm suy yếu;

• kết quả đo lường không ổn định;

• tình trạng mất tín hiệu mức chất lỏng đôi khi xảy ra;

• phạm vi đo lường thực tế bị thu hẹp.

Do đó, khi lắp đặt giá đỡ, cần kiểm tra xem đầu dò có được lắp đặt ngang và hướng truyền tín hiệu có đúng hay không.

8. Tại sao mức chất lỏng cao nhất không được phép vượt ra ngoài vùng mù?

Các máy đo mức siêu âm thường có vùng mù đo lường nhất định.

Ngay sau khi đầu dò phát xung siêu âm, cần một khoảng thời gian nhất định để hoàn tất quá trình chuyển đổi giữa trạng thái truyền và trạng thái tiếp nhận. Do đó, khu vực quá gần đầu dò có thể không được đo được theo phương pháp thông thường.

Trong quá trình lắp đặt, phải đảm bảo rằng:

Có khoảng cách đủ lớn giữa bề mặt truyền tín hiệu của đầu dò và mức chất lỏng cao nhất.

Nói cách khác:

Mức chất lỏng cao nhất không được vượt quá vùng mù được quy định cho thiết bị.

Vùng mù khác nhau tùy theo từng mẫu thiết bị; do đó, không thể áp dụng một khoảng cách cố định chung cho mọi mẫu.

Khi lựa chọn và lắp đặt thiết bị, cần kiểm tra tài liệu kỹ thuật của mẫu tương ứng và dành ra không gian đủ lớn dựa trên mức chất lỏng cao nhất có thể.

Danh sách kiểm tra vị trí lắp đặt Thiết bị đo mức siêu âm;

– Câu hỏi thường gặp

– Q1: Tại sao nên dành ra biên độ phạm vi đo lớn hơn khi đo chất rắn?

– Bề mặt vật liệu rắn thường không phẳng; sóng siêu âm có thể bị phản xạ theo các hướng khác nhau.Do đó, tín hiệu phản xạ hiệu quả trở lại đầu dò thường yếu hơn so với tín hiệu thu được từ bề mặt chất lỏng phẳng. Việc lựa chọn mô hình thực tế nên tính đến cả các tính chất vật liệu và điều kiện bề mặt vật liệu, thay vì chỉ xét đến khoảng cách hình học.

Q2: Tại sao các vật liệu như bột mì hay bông lại khó đo lường bằng công nghệ siêu âm?

: Các vật liệu mềm này có thể hấp thụ một lượng năng lượng sóng âm đáng kể, dẫn đến âm vang quá yếu, khiến việc đo lường trở nên khó khăn. Việc có thể sử dụng phương pháp đo bằng sóng siêu âm hay không cần được xác định dựa trên đặc tính vật liệu thực tế và phạm vi đo.

; Q3: Việc có bọt khí trên bề mặt chất lỏng có luôn đồng nghĩa với việc không thể sử dụng thiết bị đo mức bằng sóng siêu âm hay không?

: Không.Lượng bọt nhỏ không nhất thiết gây ra sự thất bại trong phép đo; tuy nhiên, nếu lớp bọt có diện tích rộng, độ dày lớn và ổn định thì có thể làm suy giảm đáng kể tín hiệu phản xạ. Theo kinh nghiệm bạn cung cấp, khi độ dày của lớp bọt vượt quá khoảng 5 cm, nên lựa chọn phương pháp đo bằng sóng siêu âm một cách thận trọng.

Q4: Tại sao việc kiểm tra chỉ khu vực ngay phía dưới đầu dò trong quá trình lắp đặt là không đủ?

Do sóng siêu âm có góc chùm nên chùm âm thanh thực tế sẽ bao phủ một vùng diện tích tăng dần theo khoảng cách. Ngay cả khi không có vật cản nằm ngay dưới đầu dò, các ống hoặc giá đỡ đặt ở rìa chùm vẫn có thể tạo ra các tiếng vang giả.

Q5: Liệu phần mềm có thể loại bỏ hoàn toàn các tiếng vang giả do vật cản gây ra không?

Không thể đảm bảo được.Phần mềm có thể loại bỏ một số tiếng vang giả cố định, nhưng phương pháp đáng tin cậy hơn vẫn là tránh xa các vật cản trong suốt quá trình lắp đặt.

Q6: Cần dành khoảng cách bao nhiêu giữa mức chất lỏng cao nhất và đầu dò?

Không tồn tại một giá trị cố định chung cho mọi trường hợp; giá trị này cần được xác định dựa trên vùng mù đo lường của từng mẫu thiết bị cụ thể, đồng thời phải ngăn chặn việc dòng chất lỏng đạt mức cao nhất xâm nhập vào vùng này.

Tóm tắt

Để đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị đo mức siêu âm, cả điều kiện tại hiện trường lẫn yêu cầu lắp đặt đều phải được xem xét kỹ lưỡng khi lựa chọn và lắp đặt mẫu thiết bị.

Trong quá trình lựa chọn mô hình, các yếu tố sau đây cần được xác định là ưu tiên:

Khoảng đo, đối tượng đo, bọt xốp, bụi, hơi và tính ăn mòn của môi trường.

Trong quá trình lắp đặt, các yếu tố sau đây nên được ưu tiên xác nhận: góc chùm tia

, các vật cản, hướng đầu dò và vùng mù đo đạc.

So với việc điều chỉnh liên tục các tham số phần mềm sau khi lắp đặt, việc lựa chọn chính xác vị trí đầu dò trước khi thi công, tránh các vật thể có thể gây ra phản xạ sai lệch, cũng như dành ra khoảng cách đo đạc và khoảng cách vùng mù đủ lớn thường mang lại lợi ích lớn hơn đối với việc đo đạc ổn định trong thời gian dài.