Principio de Funcionamiento del Transmisor de Nivel Ultrasónico

Un transmisor de nivel ultrasónico está montado en la parte superior del tanque y transmite un pulso ultrasónico hacia abajo en el tanque. Este pulso, que viaja a la velocidad del sonido, se refleja de vuelta al transmisor desde la superficie líquida. El transmisor mide el tiempo de espera entre la señal de eco transmitida y recibida y el microprocesador de a bordo calcula la distancia a la superficie del líquido utilizando la fórmula.

Distancia = (Velocidad del sonido en el aire x retardo de tiempo) / 2

Una vez que el transmisor está programado con la referencia inferior de la aplicación, generalmente la parte inferior del tanque, el nivel de líquido es calculado por el microprocesador.La ecuación básica para calcular el nivel del tanque es

Nivel = Altura del tanque-Distancia

Concepto básico y Elementos de la Medición de nivel ultrasónico

Distancia mínima de medición (Xm): (también conocida como la «Banda Muerta») es una característica común a todos los medidores de nivel ultrasónicos. Este es un rango corto frente al sensor dentro del cual el dispositivo ultrasónico no puede medir.

Distancia de medición máxima (XM): El rango más largo en condiciones ideales dentro del cual el dispositivo puede medir. No es posible realizar mediciones más allá de esta distancia.

Transmisor de nivel ultrasónico, que realiza cálculos para convertir la distancia de viaje de onda en una medida de nivel en el tanque. El lapso de tiempo entre el disparo de la ráfaga de sonido y la recepción del eco de retorno es directamente proporcional a la distancia entre el transductor y el material en el recipiente. El medio normalmente es aire sobre la superficie del material, pero podría ser una manta de algunos otros gases o vapores. El instrumento mide el tiempo para que las ráfagas se desplacen hacia la superficie reflectante y regresen. Este tiempo será proporcional a la distancia del transductor a la superficie y se puede utilizar para determinar el nivel de fluido en el tanque. Este principio básico se encuentra en el corazón de la tecnología de medición ultrasónica y se ilustra en la ecuación: Distancia = (Velocidad del sonido x Tiempo)/2. Estos dispositivos sin contacto están disponibles en modelos que pueden convertir lecturas en salidas de 4 a 20 mA a DCSs, PLC u otros sistemas remotos.

El rango de frecuencia para métodos ultrasónicos está en el rango de 15 a 200 kHz. Los instrumentos de menor frecuencia se utilizan para aplicaciones más difíciles, como distancias más largas y mediciones de nivel sólido, y los de mayor frecuencia se utilizan para mediciones de nivel de líquido más cortas.

Para aplicaciones prácticas del método de medición ultrasónica, se deben considerar una serie de factores. Algunos puntos clave son:

• La velocidad del sonido a través del medio (generalmente aire) varía con la temperatura del medio. El transductor puede contener un sensor de temperatura para compensar los cambios en la temperatura de funcionamiento que alterarían la velocidad del sonido y, por lo tanto, el cálculo de distancia que determina una medición de nivel precisa. La compensación de temperatura se proporciona para tener en cuenta las variaciones de temperatura uniformes del medio sonoro. El sensor de temperatura se coloca dentro del transductor y la señal se envía al transceptor a través del cableado del transductor. Opcionalmente, se puede usar un sensor de temperatura alternativo para proporcionar una entrada de temperatura, en lugar de usar el sensor de temperatura integral. Si la temperatura del medio de sonido debe permanecer constante, en lugar de usar la compensación de temperatura integral o el sensor remoto, se puede ingresar la temperatura deseada durante la configuración del transceptor.
• La presencia de espuma/polvo pesado en la superficie del material puede actuar como un absorbente de sonido. En algunos casos, la absorción puede ser suficiente para evitar el uso de la técnica ultrasónica. Para mejorar el rendimiento cuando la espuma/el polvo u otros factores afectan el recorrido de la onda hacia y desde la superficie del líquido, algunos modelos pueden tener una guía de haz conectada al transductor.
• La turbulencia extrema del líquido puede causar lecturas fluctuantes. El uso de un ajuste de amortiguación en el instrumento o un retraso de respuesta puede ayudar a superar este problema. El transceptor proporciona amortiguación para controlar la velocidad de cambio máxima del nivel de material mostrado y la fluctuación de la señal de salida mA. La amortiguación ralentiza la velocidad de respuesta de la pantalla, especialmente cuando las superficies líquidas están en agitación o el material cae en la trayectoria del sonido durante el llenado.

Ventajas

1. Los transmisores ultrasónicos son fáciles de instalar en tanques vacíos o en tanques que contienen líquido.
2. La configuración es sencilla y los dispositivos con capacidad de programación integrada se pueden configurar en minutos.
3. Como no hay contacto con los medios ni piezas móviles, los dispositivos prácticamente no requieren mantenimiento. Los materiales húmedos suelen ser fluoropolímeros inertes y resistentes a la corrosión de los vapores de condensación.
4. Debido a que el dispositivo es sin contacto, la medición de nivel no se ve afectada por los cambios en la densidad del líquido, dieléctrico o viscosidad, y funciona bien en líquidos acuosos y muchos productos químicos.
5. Los cambios en la temperatura del proceso cambiarán la velocidad del pulso ultrasónico a través del espacio por encima del líquido, pero la compensación de temperatura incorporada corrige esto automáticamente.
6. Los cambios en la presión del proceso no afectan a la medición.

Limitaciones

1. Los transmisores ultrasónicos se basan en que el pulso no se vea afectado durante su tiempo de vuelo. Se deben evitar los líquidos que forman vapores pesados, vapor o capas de vapor (use un transmisor de radar en estos casos). Como el pulso necesita aire para viajar, las aplicaciones de vacío no son posibles.
2. Los materiales de construcción generalmente limitan la temperatura de proceso a alrededor de 158 ° F (70 ° C) y la presión a 43 psig (3 bar).
3. La condición de la superficie líquida también es importante. Algunas turbulencias pueden tolerarse, pero la espuma a menudo humedecerá el eco de retorno.
4. Las obstrucciones en el tanque, como tuberías, barras de refuerzo y agitadores, causarán ecos falsos, pero la mayoría de los transmisores tienen sofisticados algoritmos de software para permitir enmascarar o ignorar estos ecos.
5. Los transmisores ultrasónicos se pueden utilizar en silos que contienen productos secos, como pellets, granos o polvos, pero son más difíciles de poner en marcha. Se deben tener en cuenta factores como el ángulo de reposo de la superficie, el polvo y las distancias largas. Un transmisor de Radar de onda guiada es más adecuado para aplicaciones de productos secos.