Các sự cố thường gặp ở bộ truyền mức siêu âm

Các vấn đề phổ biến khi sử dụng bộ truyền tín hiệu mức siêu âm: bồn chứa kín, bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn dạng khối có độ xoáy, vùng không thể đo được và hướng dẫn lắp đặt –

Các bộ truyền tín hiệu mức siêu âm sử dụng phương pháp đo thời gian bay không tiếp xúc để xác định vị trí bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn dạng khối. Cảm biến phát ra một xung siêu âm hướng tới vật liệu, thu nhận tín hiệu phản xạ và tính toán khoảng cách dựa trên thời gian truyền sóng đã đo được và tốc độ âm thanh tại thời điểm đó.

Phương pháp đo bằng sóng siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong các bể chứa nước, hệ thống nước thải, hồ chứa, kênh hở, bồn chứa công nghiệp và một số loại silo chứa vật liệu dạng khối được lựa chọn. Độ ổn định của phép đo có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, thành phần khí, hơi nước, hiện tượng ngưng tụ, bọt khí, chuyển động bề mặt, bụi và cấu trúc lắp đặt. Do đó, việc lựa chọn và lắp đặt phù hợp đóng vai trò then chốt đối với hiệu suất hoạt động trong thời gian dài.

1. Bộ truyền tín hiệu mức sóng siêu âm hoạt động như thế nào?

Bộ chuyển đổi siêu âm được lắp đặt phía trên môi trường xử lý và phát ra một xung âm hướng tới bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn. Sóng âm được phản xạ bởi bề mặt vật liệu, và một phần sóng phản xạ quay trở lại bộ chuyển đổi, tại đó nó được chuyển đổi thành tín hiệu điện.

Thiết bị này đo thời gian di chuyển khứ hồi và tính toán khoảng cách dựa trên tốc độ âm thanh trong không gian khí:

Khoảng cách = Tốc độ âm thanh × Thời gian khứ hồi ÷ 2

Khi biết được độ cao tham chiếu của thiết bị, độ cao thực tế có thể được tính theo công thức sau:

Độ cao thực tế = Độ cao tham chiếu − Khoảng cách từ thiết bị đến bề mặt vật liệu

Do tốc độ âm thanh trong không khí thay đổi theo nhiệt độ, các thiết bị đo mức siêu âm công nghiệp thường sử dụng hệ thống cảm biến và bù nhiệt độ nhằm giảm thiểu sai số đo lường do ảnh hưởng của nhiệt độ.

– 2. Làm thế nào để đo lượng chất lỏng dễ bay hơi trong các bồn chứa kín?

Các bình kín chứa chất lỏng dễ bay hơi đòi hỏi phải lưu ý đến thành phần khí ở lớp khí phía trên chất lỏng cũng như hiện tượng ngưng tụ tại bộ chuyển đổi. Tín hiệu siêu âm truyền qua lớp khí; do đó, nếu thành phần hơi của khí này khác biệt đáng kể so với không khí bình thường, tốc độ âm thanh thực tế cũng có thể thay đổi, từ đó gây ra sai số khoảng cách.

Các môi trường dễ bay hơi cũng có thể ngưng tụ trên bề mặt bộ chuyển đổi có nhiệt độ thấp hơn. Một lớp chất lỏng bền vững hoặc lớp ngưng tụ có thể làm suy giảm các sóng âm được truyền và thu nhận, dẫn đến hiện tượng vang không ổn định.

Xác nhận thành phần khí

Nếu không gian hơi khác biệt đáng kể so với không khí, cần đánh giá ảnh hưởng đến tốc độ truyền âm và độ chính xác của phép đo.

– Giám sát hiện tượng ngưng tụ;

– Các lớp chất lỏng bám dính lâu dài trên bộ chuyển đổi có thể làm giảm cường độ hồi âm, do đó có thể cần điều chỉnh vị trí lắp đặt hoặc thực hiện kiểm tra định kỳ.

Đánh giá sự biến thiên của hơi

Các quy trình có nồng độ hơi thay đổi cần được đánh giá một cách cẩn trọng; trong những trường hợp phù hợp, có thể so sánh sử dụng radar hoặc các công nghệ không tiếp xúc khác.

3. Làm thế nào để đảm bảo độ ổn định cho phép đo trên bề mặt chất lỏng đang chuyển động mạnh?

Các thao tác như nạp liệu, xả liệu, khuấy trộn, tạo khí và vận hành bơm có thể gây ra chuyển động liên tục trên bề mặt. Khi xung siêu âm tới một bề mặt có độ dốc hoặc đang di chuyển nhanh, một phần năng lượng âm có thể bị phản xạ ra khỏi bộ chuyển đổi, làm giảm lượng tín hiệu hồi âm có thể khai thác được.

Độ ổn định của phép đo thường được cải thiện thông qua việc lựa chọn vị trí lắp đặt, phạm vi đo phù hợp và xử lý tín hiệu.

Tối ưu hóa vị trí lắp đặt cảm biến

Lắp đặt cảm biến tại vị trí nằm trên khu vực tương đối ổn định – nơi phản ánh mức chất lỏng trung bình – và tránh đặt gần các thiết bị khuấy, cửa cấp liệu cũng như vùng có dòng chảy rối mạnh.

Đảm bảo khoảng an toàn đo lường đầy đủ.

Sự chuyển động của bề mặt, lớp bọt và hơi nước có thể làm giảm cường độ hồi âm có thể sử dụng được; do đó, phạm vi đo cần bao gồm một biên độ ứng dụng phù hợp.

Sử dụng cơ chế giảm chấn và lọc tín hiệu

Các thiết lập về trung bình hóa, giảm chấn và xử lý hồi âm giúp cân bằng giữa tốc độ phản hồi và độ ổn định của tín hiệu đầu ra.

Sử dụng giếng yên ổn định khi phù hợp

Đối với một số ứng dụng chất lỏng nhất định, có thể sử dụng giếng yên ổn định được thiết kế phù hợp nhằm tạo ra một bề mặt đo ổn định hơn.

4.Những điều kiện nhiệt độ và áp suất nào là phù hợp cho phép đo bằng sóng siêu âm?

Nhiệt độ cho phép và áp suất quy trình phụ thuộc vào vật liệu bộ chuyển đổi, kiểu nối quy trình và cấu trúc thiết bị đo lường. Các mẫu thiết bị siêu âm khác nhau có thể có giới hạn hoạt động khác biệt đáng kể. Do đó, trong quá trình lựa chọn dự án

, cần xác định riêng biệt nhiệt độ quy trình, nhiệt độ môi trường xung quanh và áp suất quy trình cho phép.Các ứng dụng ở nhiệt độ cao, áp suất cao, môi trường hơi đặc hoặc pha khí bất thường đòi hỏi phải thực hiện thêm các đánh giá bổ sung trước khi lựa chọn phương pháp đo bằng sóng siêu âm.

5. Khu vực mù của thiết bị truyền tín hiệu mức sóng siêu âm là gì?

Sau khi phát ra một xung siêu âm, bộ chuyển đổi vẫn tiếp tục dao động trong một khoảng thời gian ngắn và không thể phát hiện một cách đáng tin cậy tín hiệu phản xạ quay trở lại quá nhanh. Điều này tạo ra một vùng ngắn gần cảm biến – thường được gọi là vùng mù– hay còn gọi là khoảng cách chặn hoặc vùng chết.

Mức độ cao nhất dự kiến phải nằm ngoài khoảng cách chặn này.Do đó, chiều cao lắp đặt cần bao gồm khoảng cách phù hợp phía trên mức cao nhất của quy trình.

Khoảng cách chặn phụ thuộc vào tần số của bộ chuyển đổi, phạm vi hoạt động và cấu trúc thiết kế. Các bộ phát sóng siêu âm phạm vi ngắn và phạm vi dài có thể có vùng mù rất khác biệt; do đó, giá trị thực tế cần được xác nhận từ bảng thông số kỹ thuật của mẫu thiết bị đã chọn.

6. Sự khác biệt giữa các bộ phát sóng siêu âm hai dây, ba dây và bốn dây là gì?

Cách bố trí dây nối phụ thuộc vào nguồn cấp điện và thiết kế đầu ra của thiết bị.Các cấu hình công nghiệp phổ biến bao gồm cấu trúc hai dây, ba dây và bốn dây.

– Loại dây dẫn;	– Cấu trúc;	– Đặc điểm điển hình;
– Hai dây	Nguồn điện và tín hiệu 4-20mA sử dụng chung một vòng dây dòng điện.	– Hệ thống đấu dây đơn giản, phổ biến trong các bộ truyền tín hiệu quy trình công nghiệp.
– Hệ thống ba dây.	– Một số thiết kế sử dụng dây nguồn riêng và dây tín hiệu riêng, nhưng chia sẻ một đường dây chung.	– Cách đấu dây cụ thể phụ thuộc vào thiết kế mạch của thiết bị đo.
– Hệ thống bốn dây.	– Mạch nguồn và mạch tín hiệu sử dụng các dây dẫn riêng biệt.	– Phù hợp cho các thiết bị đo yêu cầu nguồn điện độc lập hoặc các chức năng bổ sung.Các chức năng

Loại hệ thống dây dẫn đơn thuần không quyết định hiệu suất truyền sóng siêu âm. Khả năng đo lường thực tế phụ thuộc vào kích thước bộ chuyển đổi, thiết kế phần tử điện tử, quản lý năng lượng và dải đo của thiết bị. Việc lắp đặt cần tuân thủ sơ đồ đấu dây của sản phẩm đã chọn.

– 7. Yếu tố nào quan trọng nhất khi lựa chọn thiết bị trong quá trình thiết kế kỹ thuật?

– Vị trí lắp đặt có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định của phép đo bằng sóng siêu âm.Cảm biến cần được lắp đặt phía trên một bề mặt đại diện và phải có đường truyền âm thanh thông suốt.

: Tránh các điểm lấp đầy

Các hạt rắn rơi xuống và chất lỏng đi vào có thể che chắn bề mặt thực tế, dẫn đến các phản xạ âm không ổn định.

Tránh sử dụng thiết bị khuấy.

Các lưỡi khuấy và hiện tượng nhiễu loạn liên tục làm thay đổi trạng thái bề mặt.

Tránh đặt các vật cản cố định.

Thang, dầm và ống dẫn có thể tạo ra các phản xạ âm không mong muốn.

Đảm bảo có khoảng trống cho vùng mù.

Mức độ vận hành tối đa phải được duy trì ở vị trí nằm ngoài khoảng cách ngăn chặn đã được quy định.

8.Cần lựa chọn kích thước mặt bích và đầu phun như thế nào?

Kích thước lắp đặt và mở ra phụ thuộc vào phạm vi hoạt động của cảm biến, đường kính bộ chuyển đổi, chùm sóng âm và cấu trúc của thiết bị. Một vòi phun dài hoặc hẹp có thể hạn chế sự lan truyền của sóng âm và tạo ra các phản xạ nội bộ bổ sung. Do đó, kích thước mặt bích và chiều dài vòi phun của

cần tuân thủ các yêu cầu lắp đặt của thiết bị truyền tín hiệu mức siêu âm cụ thể tương ứng.Các bộ chuyển đổi tầm xa thường yêu cầu khoảng cách phù hợp xung quanh bộ chuyển đổi, trong khi các sản phẩm tầm ngắn cũng cần có diện tích khe hở đủ để đảm bảo quá trình truyền và thu thông thường.

– Mục lắp đặt;	– Thông tin cần xác nhận;
– Kích thước mặt bích / kích thước khe hở	Cần đủ lớn để phù hợp với kích thước bộ chuyển đổi và các yêu cầu về chùm sóng âm;
– Chiều dài vòi phun;	– Tuân thủ các thông số kích thước cho phép của sản phẩm và tránh sử dụng các vòi phun có chiều dài không cần thiết;
– Nội thất vòi phun	Duy trì bề mặt phẳng, đồng thời hạn chế tối đa các bước nhảy, các cạnh cụt và các dải hàn lớn.
– Vị trí bộ chuyển đổi.	– Xác nhận liệu bộ chuyển đổi có cần vươn ra ngoài đầu phun hay không, tùy theo mẫu thiết bị cụ thể.

– 9. Sự khác biệt giữa bộ truyền tín hiệu mức siêu âm và cảm biến mức rắn siêu âm là gì?

– “Thiết bị đo mức siêu âm” là một thuật ngữ chung dùng để chỉ phương pháp đo không tiếp xúc đối với cả chất lỏng và vật liệu rắn dạng khối.

Khi được sử dụng cho chất lỏng, thiết bị này thường được gọi là bộ truyền tín hiệu mức siêu âm(). Khi được sử dụng cho bột, hạt hoặc các chất rắn khác, thiết bị này thường được gọi là cảm biến mức rắn siêu âm() hoặc cảm biến mức cho chất rắn dạng khối. Nguyên lý hoạt động là tương tự, tuy nhiên trong các ứng dụng với chất rắn, thiết bị thường đòi hỏi độ an toàn đo lường cao hơn và khả năng xử lý tín hiệu hồi âm mạnh hơn.

10.Phương pháp đo bằng sóng siêu âm có hiệu quả đến mức nào đối với các vật liệu rắn dạng khối?

Các thiết bị siêu âm có thể đo được bột, hạt và các vật liệu rắn dạng khối được chọn lọc. Tuy nhiên, bề mặt rắn thường tạo ra điều kiện hồi âm phức tạp hơn so với bề mặt chất lỏng. Các vật liệu khối có thể tạo thành bề mặt nghiêng, gây ra hiện tượng tán xạ âm và bụi lơ lửng trong không khí – những yếu tố này đều làm giảm cường độ hồi âm. Do đó, trong các ứng dụng trên vật liệu rắn, thiết bị

thường yêu cầu khoảng an toàn đo lường bổ sung và được lắp đặt một cách cẩn thận, cách xa luồng chất liệu đang được bơm.Vị trí ưu tiên cần phản ánh mức độ vật liệu trung bình và đảm bảo tạo ra một vùng phản xạ ổn định.

Phạm vi đo hiệu quả đối với chất rắn có thể nhỏ hơn phạm vi đo chất lỏng của cùng một bộ chuyển đổi. Mối quan hệ cụ thể phụ thuộc vào kích thước hạt, hàm lượng bụi, góc nghỉ và độ phản xạ âm, do đó phạm vi sử dụng cần được đánh giá riêng cho từng loại vật liệu dạng khối cụ thể.

11. Các chất lỏng ăn mòn, có độ nhớt cao hoặc đục có phù hợp cho phép đo bằng sóng siêu âm không?

Do các thiết bị truyền tín hiệu mức bằng sóng siêu âm thường được lắp đặt phía trên chất lỏng và không được ngâm trong quá trình vận hành, nên chúng có thể được sử dụng cho các loại chất lỏng có tính ăn mòn, có độ nhớt cao hoặc có độ đục được lựa chọn phù hợp.

Ứng dụng vẫn cần xem xét đến hơi, bọt, hiện tượng ngưng tụ và nhiệt độ quy trình. Các môi trường có độ bay hơi cao, thành phần hơi thay đổi mạnh hoặc bọt đặc kéo dài có thể ảnh hưởng đến sự lan truyền âm thanh và chất lượng vang vọng; do đó, các yếu tố này cần được đánh giá trong quá trình lựa chọn.

12.Các vấn đề thường gặp và hướng kiểm tra:

– Tình trạng quan sát được;	– Nguyên nhân có thể xảy ra;	– Hướng kiểm tra;
– Sai lệch đo lường kéo dài;	– Hiệu chỉnh nhiệt độ, thành phần khí hoặc độ cao tham chiếu không chính xác;	– Kiểm tra nhiệt độ, vị trí lắp đặt tham chiếu và điều kiện vùng hơi;
– Giá trị đo không ổn định;	– Hiện tượng nhiễu bề mặt, hiện tượng lấp đầy, hiện tượng khuấy trộn hoặc tín hiệu phản hồi không đủ.	Tối ưu hóa vị trí lắp đặt, hệ số giảm chấn và bộ lọc;
Không thể đo được ở mức cao;	Mức đo bước vào vùng bị chặn;	Kiểm tra mức đo tối đa so với vùng mù đã được quy định;
Tín hiệu phản hồi dần suy giảm;	Hiện tượng ngưng tụ, nhiễm bẩn, bụi hoặc tích tụ trên bộ chuyển đổi;	Kiểm tra bề mặt bộ chuyển đổi và môi trường quy trình;
Mức đo rắn không ổn định;	Bụi,Bề mặt vật liệu có độ dốc hoặc hiện tượng tán xạ âm thanh;	: Điều chỉnh vị trí lắp đặt và đánh giá lại vùng đo;

: Câu hỏi thường gặp;

: Q1: Thiết bị truyền tín hiệu đo mức siêu âm có thể được sử dụng cho các chất lỏng dễ bay hơi trong bồn chứa kín được không?

A1: Có, tùy thuộc vào điều kiện trong vùng hơi. Các khí dễ bay hơi có thể làm thay đổi tốc độ âm thanh, và hiện tượng ngưng tụ có thể làm giảm hiệu suất của bộ chuyển đổi; do đó, cần đánh giá kỹ lưỡng loại môi chất, nhiệt độ và điều kiện hơi.

Q2: Liệu phương pháp đo bằng sóng siêu âm có thể được sử dụng khi bề mặt chất lỏng có chuyển động mạnh không?

A2: Có thể. Độ ổn định của phép đo có thể được cải thiện nhờ lựa chọn vị trí lắp đặt phù hợp, xác định khoảng an toàn đo phù hợp, cũng như áp dụng các biện pháp giảm chấn và lọc tín hiệu.Các ứng dụng chất lỏng được lựa chọn cũng có thể sử dụng giếng làm mát được thiết kế phù hợp.

Q3: Vùng mù của thiết bị truyền tín hiệu mức siêu âm là gì?

A3: Đây là khu vực gần bộ chuyển đổi, nơi các tín hiệu hồi âm phản xạ không thể được phát hiện một cách đáng tin cậy. Mức đo tối đa của hệ thống quy trình cần được duy trì ở ngoài vùng này.

Q4: Ưu điểm của bộ truyền tín hiệu mức siêu âm hai dây là gì?

A4: Bộ truyền tín hiệu hai dây thường sử dụng cùng một cặp dây cho nguồn điện và truyền tín hiệu 4-20mA, giúp đơn giản hóa việc đấu nối dây trong môi trường thực tế cho các thiết bị đo lường quy trình.

Q5: Bộ truyền sóng siêu âm ba dây có giống với bộ truyền sóng bốn dây không?

A5: Không. Chúng sử dụng các cấu trúc dây dẫn khác nhau. Một số thiết kế ba dây dùng chung một dây dẫn giữa mạch điện và mạch tín hiệu, trong khi thiết kế bốn dây thường tách riêng mạch điện và mạch tín hiệu.

Q6: Thiết bị truyền tín hiệu mức siêu âm có thể được sử dụng với các chất lỏng ăn mòn không?

A6: Phương pháp đo không tiếp xúc giúp giảm thiểu việc tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng, tuy nhiên vẫn cần lưu ý đến chất liệu bộ chuyển đổi, hơi ăn mòn, nhiệt độ và hiện tượng ngưng tụ.

Q7: Các thiết bị siêu âm có thể đo được bột và hạt không?

A7: Đúng. Bụi, các bề mặt có độ dốc và hiện tượng tán xạ âm có thể làm giảm cường độ hồi âm khả dụng, do đó thường cần thêm độ dự phòng đo lường và việc lắp đặt cẩn thận.

Q8: Cần lựa chọn khe lắp đặt như thế nào?

A8: Kích thước của mặt bích, ren hoặc đầu phun cần được chọn phù hợp với kích thước đầu dò, phạm vi đo, đặc tính chùm tia và các yêu cầu lắp đặt của từng mẫu thiết bị cụ thể.

– Kết luận

Thiết bị truyền tín hiệu mức siêu âm là một công nghệ đo lường không tiếp xúc đã được phát triển hoàn thiện, được ứng dụng cho nước, nước thải, các bồn chứa và một số trường hợp đo lường vật liệu dạng khối cụ thể. Độ ổn định trong quá trình đo lường dài hạn phụ thuộc vào tốc độ âm thanh trong pha khí, khả năng bù nhiệt độ, hiện tượng ngưng tụ hơi, chuyển động của bề mặt, vùng không đo được và vị trí lắp đặt thiết bị.

Đối với các chất lỏng dễ bay hơi trong bồn kín, cần đặc biệt lưu ý đến thành phần khí và hiện tượng ngưng tụ. Trong các hệ thống chất lỏng động, việc lắp đặt phù hợp, đảm bảo khoảng an toàn đo lường và áp dụng lọc tín hiệu số sẽ mang lại lợi thế đáng kể. Đối với các ứng dụng chất rắn dạng khối, cần xem xét các yếu tố như bụi, hiện tượng tán xạ và độ dốc của bề mặt vật liệu. Các thiết kế hai dây, ba dây và bốn dây cần được lựa chọn dựa trên công suất thiết bị đo và cấu trúc tín hiệu tương ứng; đồng thời, kích thước mặt bích, chiều dài vòi phun và khoảng cách chặn cần tuân thủ đúng các tài liệu kỹ thuật của mẫu thiết bị đã được lựa chọn.

METRAVON Các sản phẩm đo mức bằng sóng siêu âm có thể được cấu hình tùy theo loại môi trường quy trình, khoảng cách đo, điều kiện môi trường, nguồn điện và các giao diện hệ thống như 4-20mA và RS485 Modbus RTU, hỗ trợ tích hợp với PLC các RTU, hệ thống thu thập dữ liệu và nền tảng giám sát từ xa phục vụ đo mức chất lỏng và chất rắn một cách ổn định và có khả năng mở rộng quy mô.