Lựa chọn và lắp đặt cảm biến mức siêu âm | METRAVON

Cách chọn và lắp đặt cảm biến mức siêu âm: dải đo, vùng chết, đi dây và khắc phục sự cố

Cảm biến mức siêu âm ước tính khoảng cách đến bề mặt chất lỏng bằng cách đo thời gian của một tiếng vang âm truyền qua khoảng không khí. Nó thường được dùng trong bể khí quyển, bể xử lý nước thải, giếng bơm và kênh hở. Nó tránh việc nhúng đầu dò vĩnh viễn, nhưng nhiệt độ, hơi nước, bọt, vùng chết và các phản xạ âm không mong muốn có thể ảnh hưởng đến số đọc.

Trước khi chọn kiểu máy, hãy tính khoảng cách xa nhất từ cảm biến đến chất lỏng ở mức thấp nhất và khoảng cách ngắn nhất ở mức cao nhất. Chỉ riêng độ sâu bể không phải là thông số dải đo đầy đủ.

Nguyên lý đo và chuyển đổi mức

Đầu dò phát một xung âm về phía chất lỏng và nhận tiếng vang. Ở tốc độ âm v và thời gian đi-về t, khoảng cách D = v × t / 2. Nếu mặt phẳng chuẩn của cảm biến cao hơn đáy bể một khoảng E, thì mức h = E − D.

Ví dụ, độ cao chuẩn 5,0 m và khoảng cách đo 2,0 m cho mức chất lỏng 3,0 m. Hãy xác minh mặt phẳng chuẩn của kiểu máy và xem nó báo khoảng cách, mức hay độ cao.

Kiểm tra đồng thời khoảng cách đo tối đa và khoảng cách chặn

Mức thấp nhất tạo khoảng cách đến cảm biến lớn nhất; mức cao nhất tạo khoảng cách nhỏ nhất. Cả hai phải nằm trong khoảng đo hữu ích. Khoảng cách chặn là hạn chế vật lý ở cự ly gần, không thể loại bỏ chỉ bằng sửa dải đo.

Ví dụ, với bể 5 m và điểm chuẩn cảm biến ở 5,3 m trên đáy, khoảng cách gần nhất khi đầy chỉ là 0,3 m. Một ứng viên có khoảng đo tối thiểu 0,35 m sẽ không phù hợp ở vị trí lắp đặt đó.

Góc chùm tia, vật cản và đầu nối lắp đặt

Chùm tia âm mở rộng theo khoảng cách. Ước tính hình học ban đầu là W ≈ 2D × tan(θ/2), trong đó W là đường kính vùng phủ, D là khoảng cách và θ là góc chùm tia đầy đủ. Khả năng phát hiện thực tế còn phụ thuộc vào các búp bên và phản xạ bề mặt.

Giữ chùm tia tránh xa dòng nạp, cánh khuấy, dầm, thành giếng và đường ống. Đầu nối dài hoặc hẹp có thể tạo ra tiếng vang gần; hãy kiểm tra đường kính và chiều dài đầu nối cùng vị trí đầu dò theo bản vẽ lắp đặt đã chọn.

Vật liệu đầu dò, nhiệt độ và giới hạn quy trình

Không tiếp xúc không có nghĩa là đầu dò được cách ly khỏi hơi ăn mòn. Các bể thông thường có thể phù hợp với nhựa kỹ thuật tương thích, nhưng sương axit hoặc hơi hóa chất đòi hỏi phải xác minh tính tương thích của đầu dò, gioăng và vỏ theo thành phần hóa học, nồng độ và nhiệt độ.

Tốc độ âm thay đổi theo nhiệt độ không khí và thành phần khí. Một cảm biến nhiệt độ đơn lẻ có thể không bù được sự phân tầng nhiệt rõ rệt. Hơi nước đậm đặc, chân không, bọt dai dẳng hoặc bình chịu áp đòi hỏi một đánh giá công nghệ riêng; chọn dải đo danh định dài hơn không phải là giải pháp vạn năng.

Tích hợp 4–20mA và RS485/Modbus

Vòng lặp 4–20mA phù hợp với đầu vào PLC tương tự, miễn là cấu trúc đi dây, điện áp đầu nối khả dụng, điện trở tải và ánh xạ đơn vị kỹ thuật đều đúng. Khi ánh xạ 4–20mA sang mức dương 0–5m, h = (I − 4)/16 × 5; 12mA tương ứng 2,5m. Công thức này không áp dụng cho đầu ra khoảng cách hay ánh xạ ngược.

RS485 là giao diện điện, còn Modbus RTU là giao thức. Lấy bảng thanh ghi, địa chỉ, tốc độ baud, thứ tự byte và hệ số quy đổi trước khi tích hợp; kiểm tra cấu trúc đường truyền, điện trở đầu cuối và tham chiếu tín hiệu.

Danh sách kiểm tra vận hành và bảo trì

• Xác nhận mốc cảm biến, khoảng cách khi bồn rỗng, các mức nước cực trị và khoảng cách chặn
• Kiểm tra vùng phủ chùm tia âm và các tiếng vang giả nghi ngờ
• So sánh mức đã được xác minh độc lập với màn hình cục bộ, rồi với các giá trị PLC/RTU
• Đặt bộ lọc và xử lý mất tiếng vang hợp lý; đừng làm mịn một mục tiêu sai thành dữ liệu có vẻ hợp lý
• Kiểm tra nhiễm bẩn, ngưng tụ, đầu nối cáp và giá đỡ
• Vệ sinh theo quy trình được nhà sản xuất phê duyệt và căn cứ khoảng thời gian kiểm tra vào lịch sử vận hành thực tế

Khắc phục nhanh theo triệu chứng

Thông tin cần thiết cho báo giá dự án

Cung cấp môi chất và nồng độ, chiều cao và đường kính bình, mức cao/thấp, kích thước lỗ và đầu nối, nhiệt độ và áp suất, điều kiện bọt hoặc hơi, điện áp nguồn, giao diện 4–20mA hoặc RS485 cần thiết, chiều dài cáp, số lượng và điểm đến. Ảnh hiện trường thường làm lộ các vật cản chùm tia trước khi đặt hàng thiết bị.

Câu hỏi thường gặp

Cảm biến mức siêu âm có đo được nước thải không?

Model phù hợp có thể hoạt động nếu dải hữu ích, đường truyền khí và kết cấu tiếp xúc đáp ứng điều kiện bể. Đánh giá bọt, bắn tóe, lớp bám và khoảng cách ngắn nhất ở mức cao nhất. Xác minh trong các điều kiện quá trình quan trọng; số đọc thử bàn với nước trong chưa chứng minh hiệu năng tại bể nước thải đang vận hành.

Cảm biến siêu âm có kết nối trực tiếp với PLC được không?

Chỉ khi đầu ra đặt hàng và đầu vào PLC tương thích. Xác nhận đấu dòng chủ động hoặc thụ động, điện áp đầu cực, quy đổi và xử lý lỗi; hoặc lấy giao thức nối tiếp cùng bảng thanh ghi được hỗ trợ. RS485 riêng lẻ chưa chứng minh hỗ trợ Modbus, và cả hai giao diện đều không tự cung cấp truyền di động hoặc đám mây.

Khi nào nên cân nhắc dùng radar thay thế?

So sánh radar có định mức quá trình phù hợp khi thành phần khí, chênh lệch nhiệt hoặc suy hao làm đường truyền âm không tin cậy. Radar vẫn cần cách lắp, vật liệu và khả năng theo mục tiêu hợp lệ. MV-RD11 là radar, TG511 là RTU thu thập dữ liệu; cả hai đều không phải tên đầu dò siêu âm. Nếu cần nguyên lý siêu âm, yêu cầu xác nhận model cụ thể.

Ví dụ hiện trường: kiểm tra dải đo, khoảng vùng chết và khoảng hở chùm tia cùng nhau

Giả sử mốc cảm biến cao 6,2 m trên đáy bể; mức thấp và cao là 0,4 m và 5,7 m. Khoảng cách xa nhất là 6,2−0,4=5,8 m, gần nhất là 6,2−5,7=0,5 m. Thiết bị phải thu được phản xạ hữu ích ở 5,8 m và có khoảng cách tối thiểu quy định nhỏ hơn 0,5 m, với khoảng dự phòng phù hợp cho dao động mức.

Với góc chùm tia đầy đủ giả định 10°, vùng phủ hình học ở 5,8m xấp xỉ 2×5,8×tan(5°), tức đường kính 1,02m. Một đường ống nằm trong phạm vi 0,51m tính từ trục đòi hỏi phải xem kỹ hơn biểu đồ chùm tia của nhà sản xuất hoặc điều chỉnh vị trí lắp đặt. Đây là ước tính hình học, không phải ranh giới âm cứng.

Biên bản nghiệm thu hiện trường

Tách lựa chọn mua sắm khỏi thử chứng minh tại hiện trường. Chạy thử siêu âm và nghiệm thu tại hiện trường