ultrazvukový hladinový vysílač je namontován na horní části nádrže a přenáší ultrazvukový puls dolů do nádrže. Tento puls, pohybující se rychlostí zvuku, se odráží zpět do vysílače z povrchu kapaliny. Vysílač měří časové zpoždění mezi vysílaným a přijatým ozvěnovým signálem a Palubní mikroprocesor vypočítá vzdálenost k povrchu kapaliny pomocí vzorce.
Distance = (rychlost zvuku ve vzduchu x časové zpoždění) / 2
jakmile je vysílač naprogramován se spodním odkazem aplikace-obvykle dnem nádrže-hladina kapaliny se vypočítá mikroprocesorem.Základní rovnice pro výpočet hladiny nádrže je
hladina = výška nádrže-vzdálenost
základní koncepce a prvky ultrazvukového měření hladiny
minimální Měřicí vzdálenost (Xm): (také známý jako „mrtvý pás“) je funkce společná pro všechny ultrazvukové hladinoměry. Jedná se o krátký dosah před snímačem, ve kterém ultrazvukové zařízení nemůže měřit.
maximální Měřicí vzdálenost (XM): nejdelší rozsah za ideálních podmínek, v nichž může zařízení měřit. Mimo tuto vzdálenost není možné měřit.
ultrazvukový hladinový vysílač, který provádí výpočty pro převod vzdálenosti vlnové dráhy na míru hladiny v nádrži. Časová prodleva mezi odpálením zvukového výbuchu a přijetím zpětné ozvěny je přímo úměrná vzdálenosti mezi snímačem a materiálem v nádobě. Médium je obvykle vzduch nad povrchem materiálu, ale může to být přikrývka některých dalších plynů nebo par. Přístroj měří čas, aby výbuchy putovaly dolů na odraznou plochu a vrátily se. Tato doba bude úměrná vzdálenosti od převodníku k povrchu a může být použita ke stanovení hladiny tekutiny v nádrži. Tento základní princip spočívá v srdci technologie ultrazvukového měření a je ilustrován v rovnici: vzdálenost = (rychlost zvuku X čas) / 2. Tato bezkontaktní zařízení jsou k dispozici v modelech, které mohou převést odečty na výstupy 4-20 mA na DCS, PLC nebo jiné vzdálené systémy.
frekvenční rozsah pro ultrazvukové metody je v rozmezí 15 … 200 kHz. Přístroje s nižší frekvencí se používají pro obtížnější aplikace; jako jsou delší vzdálenosti a měření hladiny pevných látek a přístroje s vyšší frekvencí se používají pro kratší měření hladiny kapaliny.
pro praktické aplikace ultrazvukové metody měření je třeba vzít v úvahu řadu faktorů. Několik klíčových bodů je:
- rychlost zvuku médiem (obvykle vzduchem) se mění s teplotou média. Snímač může obsahovat teplotní čidlo pro kompenzaci změn provozní teploty, které by změnily rychlost zvuku a tím i výpočet vzdálenosti, který určuje přesné měření hladiny. Teplotní kompenzace je poskytována tak, aby zohledňovala rovnoměrné teplotní odchylky zvukového média. Snímač teploty je umístěn uvnitř převodníku a signál je odeslán do transceiveru prostřednictvím kabeláže převodníku. Volitelně lze použít alternativní teplotní čidlo pro zajištění teplotního vstupu, spíše než pomocí integrovaného teplotního čidla. Má-li teplota zvukového média zůstat konstantní, namísto použití buď integrované teplotní kompenzace nebo dálkového senzoru může být během konfigurace transceiveru zadána požadovaná teplota.
- přítomnost těžké pěny/prachu na povrchu materiálu může působit jako absorbent zvuku. V některých případech může být absorpce dostatečná k vyloučení použití ultrazvukové techniky. Pro zvýšení výkonu, kde pěna / prach nebo jiné faktory ovlivňují pohyb vln do a z povrchu kapaliny, mohou mít některé modely k převodníku připojené vedení paprsku.
- extrémní turbulence kapaliny může způsobit kolísavé hodnoty. Použití nastavení tlumení v přístroji nebo zpoždění odezvy může pomoci tento problém překonat. Transceiver poskytuje tlumení pro řízení maximální rychlosti změny zobrazené úrovně materiálu a kolísání výstupního signálu mA. Tlumení zpomaluje rychlost odezvy displeje, zejména pokud jsou povrchy kapaliny v míchání nebo materiál spadne do zvukové dráhy během plnění.
výhody
- ultrazvukové vysílače se snadno instalují na prázdné nádrže nebo na nádrže obsahující kapalinu.
- nastavení je jednoduché a zařízení s možností palubního programování lze konfigurovat během několika minut.
- protože nedochází ke kontaktu s médiem a žádné pohyblivé části, jsou zařízení prakticky bezúdržbová. Smáčené materiály jsou obvykle inertní fluoropolymer a odolné vůči korozi z kondenzačních par.
- protože zařízení je bezkontaktní, měření hladiny není ovlivněno změnami hustoty kapaliny, dielektrika nebo viskozity a funguje dobře na vodných kapalinách a mnoha chemických látkách.
- změny teploty procesu změní rychlost ultrazvukového pulsu prostorem nad kapalinou, ale vestavěná teplotní kompenzace to automaticky koriguje.
- změny procesního tlaku nemají vliv na měření.
omezení
- ultrazvukové vysílače spoléhají na to, že puls není ovlivněn během doby letu. Kapalinám, které tvoří těžké páry, páry nebo páry, je třeba se vyhnout (v těchto případech použijte radarový vysílač). Protože puls potřebuje vzduch, aby mohl procházet, vakuové aplikace nejsou možné.
- stavební materiály obecně omezují procesní teplotu na přibližně 158 °F (70 °C) a tlak na 43 psig (3 bar).
- stav povrchu kapaliny je také důležitý. Některé turbulence mohou být tolerovány, ale pěnění často tlumí zpětnou ozvěnu.
- překážky v nádrži, jako jsou trubky, zpevňující tyče a míchadla, způsobí falešné ozvěny, ale většina vysílačů má sofistikované softwarové algoritmy, které umožňují maskování nebo ignorování těchto ozvěn.
- ultrazvukové vysílače mohou být použity na silech obsahujících suché produkty, jako jsou pelety, zrna nebo prášky, ale ty jsou obtížnější uvést do provozu. Je třeba vzít v úvahu faktory, jako je povrchový úhel odpočinku, poprašování a dlouhé vzdálenosti. Radarový vysílač s řízenou vlnou je vhodnější pro aplikace suchých produktů.