Senzorul de nivel cu ultrasunete, cunoscut și sub denumirea de instrumente de măsurare a nivelului de lichid cu ultrasunete, sunt instrumente de măsurare a nivelului fără-contact. Acestea au precizie ridicată, instalare ușoară și întreținere minimă. Folosite în mod obișnuit pentru a măsura nivelurile de lichid în diverse recipiente, precum și nivelul apei din canale, piscine, rezervoare, râuri, lacuri și mări, pot măsura, de asemenea, nivelurile de interfață și diferențele de nivel. Sunt potrivite în special pentru ape uzate și medii corozive. Atunci când sunt utilizate împreună cu rezervoare și baraje pentru a forma debitmetre cu canal deschis, ele pot măsura și debitul. Prin urmare, acestea sunt din ce în ce mai utilizate pe scară largă în multe industrii și domenii, cum ar fi oțel, petrochimie, tratarea apei și conservarea apei.
Principiul de măsurare al senzorului de nivel cu ultrasunete
Instalat pe partea superioară a unui container, indicatorul de nivel ultrasonic, sub controlul unei unități electronice, emite un fascicul de impulsuri ultrasonice către obiectul măsurat. Undele sonore sunt reflectate de suprafața obiectului, iar o parte din ecoul reflectat este recepționată de sondă și transformată într-un semnal electric. Timpul de la emisia undei ultrasonice până la recepția acesteia este proporțional cu distanța dintre sondă și obiectul măsurat. Unitatea electronică detectează acest timp și calculează distanța măsurată pe baza vitezei cunoscute a sunetului. Distanța de la sondă la fundul rezervorului minus distanța de la sondă la nivelul lichidului este egală cu nivelul real al lichidului sau cu înălțimea nivelului. Acesta este utilizat pentru a converti înălțimea nivelului lichidului într-un semnal de curent de 4~20 mA sau un semnal de tensiune de 1~5 V pentru ieșire. Alternativ, poate fi transmis către centrul de control prin comunicare RS485, HART sau GPRS. Deoarece temperatura are un impact semnificativ asupra vitezei sunetului, instrumentul ar trebui să măsoare temperatura ambientală pentru a corecta viteza sunetului.
Avantajele și dezavantajele manometrelor cu ultrasunete
În comparație cu alte tipuri de indicatori de nivel, senzorii de nivel cu ultrasunete au următoarele avantaje:
(1) Măsurare fără-contact: traductorul cu ultrasunete este instalat deasupra suprafeței lichidului și nu intră în contact cu mediul măsurat. Acest lucru permite măsurarea convenabilă a lichidelor corozive, vâscoase sau toxice, evitând coroziunea sau contaminarea cu lichidul măsurat și eliminând cerințele de întreținere.
(2) Versatilitate bună: indicatorul de nivel poate măsura nivelul lichidului în canale deschise, precum și în rezervoare mari de stocare.
Instalare si demontare usoara.
(3) Adaptabilitate puternică: are o gamă largă de aplicații și nu este afectată de densitatea, constanta dielectrică sau conductivitatea mediului. Este foarte adaptabil la proprietățile fizico-chimice ale lichidului măsurat. (4) Potrivit pentru măsurarea nivelului de lichide toxice, corozive și cu vâscozitate ridicată-, depășind deficiențele altor indicatori de nivel în astfel de medii dure de măsurare.
(5) Aproape fără piese mecanice în mișcare, fără uzură, durată lungă de viață și greutate redusă. Elementul piezoelectric din interiorul traductorului vibrează la frecvențe acustice, cu amplitudine mică, viață lungă și stabilitate bună.
Dezavantajele includ în principal: atunci când lichidul măsurat este volatil, densitatea neuniformă a aerului deasupra suprafeței lichidului poate duce la erori de măsurare mai mari; atunci când suprafața lichidă măsurată are ondulații mari, poate provoca cu ușurință reflexii haotice ale undelor sonore, ducând la erori. În plus, aparatele de măsurare a nivelului cu ultrasunete au zone oarbe inevitabile atunci când măsoară nivelurile de lichid, ceea ce face dificile măsurătorile pe distanțe scurte-.
Diferența dintre instrumentele de nivel cu ultrasunete de tip-integrat și divizat
Indicatoarele de nivel ultrasonice integrate integrează sonda ultrasonică, unitatea de procesare a semnalului, afișajul etc., într-un singur dispozitiv. Toate funcțiile de măsurare și control sunt realizate în aceeași carcasă.
Instalare ușoară: Datorită structurii sale compacte, în timpul instalării trebuie fixat un singur dispozitiv, eliminând procedurile complexe de cablare și instalare. Funcționalitate cuprinzătoare: Potrivit pentru medii industriale dure, cu grad de protecție de până la IP66/IP67. Sunt disponibile mai multe modele, cum ar fi cele rezistente la coroziune-și la explozie-.
Calibrare simplificată: Designul integrat simplifică și simplifică procesul de calibrare, necesitând de obicei calibrarea întregului sistem, mai degrabă decât mai multe componente separate.
Indicatoarele de nivel cu ultrasunete integrate sunt utilizate în mod obișnuit în rezervoarele de stocare, tratarea apelor uzate industriale, vasele de reacție chimică și bazinele de apă puțin adâncă.
Indicatori de nivel cu ultrasunete de tip divizat-: instrumentele de nivel cu ultrasunete de tip divizat- constau dintr-o sondă separată și o unitate de procesare a semnalului. Sonda este instalată la punctul de măsurare, în timp ce unitatea de procesare a semnalului poate fi instalată într-o cameră de control sau în altă locație convenabilă departe de punctul de măsurare. Cele două sunt conectate printr-un cablu.
Capacitate puternică anti-interferențe: cu sonda și unitatea de procesare a semnalului separate, unitatea de procesare a semnalului poate fi ținută departe de zonele cu temperatură ridicată, presiune ridicată sau interferențe electromagnetice puternice, îmbunătățind astfel acuratețea și fiabilitatea măsurării.
Operare ușoară: unitatea de procesare a semnalului are de obicei un ecran de afișare mai mare și mai multe interfețe de operare, facilitând ajustările și monitorizarea de către operatori.
Adaptabilitate ridicată: designul divizat îi permite să se adapteze la medii dure de măsurare, cum ar fi medii cu temperatură ridicată, gaze corozive sau lichide. Sonda poate fi realizată din materiale speciale pentru a rezista acestor condiții.
Indicatoarele de nivel cu ultrasunete de tip split-sunt potrivite pentru măsurarea nivelului în rezervoare mari de stocare, procese complexe și medii cu temperatură înaltă-sau foarte corozive. Sunt potrivite în special pentru aplicații care necesită operare de la distanță sau protecție împotriva interferențelor mediului.
Specificații tehnice cheie ale instrumentelor de măsurare a nivelului cu ultrasunete
1. Domeniul de măsurare și zona moartă
Domeniul de măsurare și zona moartă sunt doi indicatori importanți ai manometrelor cu ultrasunete.
Domeniul de măsurare reprezintă domeniul maxim pe care îl poate măsura indicatorul de nivel, reflectând sensibilitatea traductorului. Cu alte cuvinte, cu cât domeniul de măsurare este mai mare, cu atât sensibilitatea este mai mare. Majoritatea producătorilor specifică domeniul de măsurare pentru o suprafață lichidă netedă, dar în măsurarea efectivă, fluctuațiile nivelului lichidului, obiectele plutitoare pe suprafață și prezența prafului sau aburului în materialul solid măsurat pot face ca intervalul de măsurare să scadă sub valoarea nominală.
Zona moartă, cunoscută și sub denumirea de zonă oarbă, este distanța pe care indicatorul de nivel cu ultrasunete nu o poate măsura din cauza șocurilor de replici ale traductorului ultrasonic. De exemplu, o zonă moartă de 30 cm înseamnă că atunci când distanța dintre suprafața lichidului și sondă este mai mică de 30 cm, măsurarea nu va fi posibilă. Prin urmare, pentru produsele cu același domeniu de măsurare, o zonă moartă mai mică indică un design mai bun al traductorului; de asemenea, facilitează instalarea pentru măsurători în rezervoare închise sau cu domenii de măsurare scurte.
2. Temperatura și acuratețea
Intervalul de temperatură este în mare parte specificat ca -20 ~ 60 de grade. Deoarece majoritatea instrumentelor de nivel care utilizează afișaje LCD au un interval de temperatură de funcționare limitat la o anumită limită pentru ecranul LCD; depășirea acestui interval va cauza defecțiuni. Dacă nu sunt luate în considerare limitările afișajului LCD, intervalul de temperatură de funcționare este în general de la -40 la 80 de grade. În circumstanțe normale, temperatura de funcționare a traductoarelor cu ultrasunete depășește rar 150 de grade: depășirea de 150 de grade poate deteriora cu ușurință ceramica piezoelectrică din interior, prin urmare 150 de grade poate fi considerată o temperatură absolut distructivă. În plus, unele materiale utilizate în procesul de fabricație a traductoarelor cu ultrasunete nu pot funcționa pentru perioade lungi de timp la temperaturi peste 100 de grade; prin urmare, limita maximă de temperatură pentru majoritatea traductoarelor este de 100 de grade.
De ce să luați în considerare precizia și temperatura împreună? Deoarece în aer, o eroare de măsurare a temperaturii de 1 grad afectează viteza sunetului cu 0,6 m/s. La 20 de grade și 1 atmosferă, viteza sunetului este de aproximativ 340 m/s. Prin urmare, impactul asupra erorii de măsurare este calculat a fi de 0,17%; dacă eroarea de măsurare a temperaturii depășește 3 grade, eroarea de măsurare a nivelului va depăși intervalul nominal de 0,5% pentru majoritatea producătorilor. În realitate, precizia de 0,5% este pentru condiții normale de temperatură și presiune. La temperaturi mai mari sau mai scăzute, precizia măsurării poate depăși 0,5%. Erorile de măsurare cresc și în mediile cu gradienți de temperatură sau schimbări rapide de temperatură. În plus, compoziția gazului are cel mai mare impact asupra preciziei măsurării. De exemplu, în prezența lichidelor volatile, evaporarea lichidului modifică compoziția aerului, care la rândul său modifică viteza sunetului gazului, provocând în cele din urmă erori de măsurare.
3. Presiune
La presiune negativă, măsurarea cu ultrasunete nu este, în general, recomandată deoarece propagarea ultrasunetelor se realizează prin gaz. Presiunea negativă înseamnă că aerul din interior este rarefiat. Propagarea ultrasunetelor în aer rarefiat provoacă două probleme: în primul rând, viteza sunetului se modifică, provocând erori de măsurare; în al doilea rând, atenuarea undelor sonore crește în aerul rarefiat, ceea ce duce la un interval de măsurare redus sau chiar împiedicând măsurarea cu totul.
4. Corozivitate
Corozivitatea manometrelor testează în primul rând materialul sondei. În medii slab acide sau alcaline, sunt suficiente carcasele obișnuite din plastic. Învelișurile din politetrafluoretilenă (PTFE) pot rezista la majoritatea acizilor și alcalinelor puternice. Este de remarcat faptul că, dacă substanța măsurată este foarte corozivă și volatilă, cel mai bine este să aplicați adeziv pe placa de circuite atunci când utilizați un indicator de nivel integrat. Acest lucru se datorează faptului că majoritatea carcaselor impermeabile nu sunt rezistente la gaz-; odată ce gazul intră în echipament, acesta va coroda placa de circuite.
