säiliön päälle on asennettu ultraäänitason lähetin, joka lähettää ultraäänipulssin alas säiliöön. Tämä äänen nopeudella kulkeva pulssi heijastuu takaisin lähettimeen nestepinnasta. Lähetin mittaa lähetetyn ja vastaanotetun kaiusignaalin välisen aikaviiveen ja junassa oleva mikroprosessori laskee etäisyyden nestepintaan kaavan avulla.
Distance = ( äänen nopeus ilmassa x aikaviive) / 2
kun lähetin on ohjelmoitu sovelluksen pohjaviitteellä – yleensä säiliön pohjalla – mikroprosessori laskee nestetason.Perusyhtälö säiliön tason laskemiseksi on
Level = säiliön korkeus-etäisyys
Ultraäänitason mittauksen peruskäsite ja elementit
vähimmäismittausetäisyys (Xm): (tunnetaan myös nimellä ”Dead Band”) on kaikille ultraäänitasomittareille yhteinen ominaisuus. Tämä on lyhyt alue anturin edessä, jonka sisällä ultraäänilaite ei voi mitata.
suurin mittausetäisyys (XM): pisin ihanteellisessa tilassa oleva mittausalue, jonka sisällä laite voi mitata. Mikään mittaus ei ole mahdollista tämän etäisyyden jälkeen.
Ultrasonic level-lähetin, joka suorittaa laskutoimituksia, joilla aaltojen matka muunnetaan säiliön tason mittaksi. Äänipurkauksen laukaisun ja paluukaikun vastaanottamisen välinen aika on suoraan verrannollinen anturin ja astiassa olevan materiaalin väliseen etäisyyteen. Väliaine on yleensä ilmaa materiaalin pinnalla, mutta se voi olla huopa joitakin muita kaasuja tai höyryjä. Laite mittaa aikaa, jolloin purkaukset kulkevat heijastavalle pinnalle ja palaavat takaisin. Tämä aika on verrannollinen etäisyys anturin pintaan ja sitä voidaan käyttää tason määrittämiseksi nesteen säiliössä. Tämä perusperiaate on ultraäänimittaustekniikan ytimessä, ja se näkyy yhtälössä: Etäisyys = (äänen nopeus x aika)/2. Nämä noncontact-laitteet ovat saatavilla malleissa, jotka voivat muuntaa lukemat 4-20 mA: n ulostuloiksi DCSs: ään, PLCs: ään tai muihin etäjärjestelmiin.
ultraäänimenetelmien taajuusalue on 15…200 kHz. Matalataajuusmittareita käytetään vaikeampiin sovelluksiin; kuten pidempiin etäisyyksiin ja kiinteätaajuusmittauksiin sekä niitä, joilla on korkeampi taajuus, käytetään lyhyempiin nestetasomittauksiin.
ultraäänimittausmenetelmän käytännön sovelluksissa on otettava huomioon useita tekijöitä. Muutamia keskeisiä kohtia ovat:
- äänen nopeus väliaineen (yleensä ilman) läpi vaihtelee väliaineen lämpötilan mukaan. Anturissa voi olla lämpötila-anturi, joka kompensoi käyttölämpötilan muutoksia, jotka muuttaisivat äänen nopeutta ja siten etäisyyden laskentaa, joka määrittää tarkan tasonmittauksen. Lämpötilakompensaatio on säädetty äänialustan yhdenmukaisten lämpötilavarianssien huomioon ottamiseksi. Lämpötila-anturi sijoitetaan anturin sisään ja signaali lähetetään lähettimeen anturin johdotuksen kautta. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää vaihtoehtoista lämpötila-anturia lämpötilan syöttämiseksi integraalisen lämpötila-anturin sijaan. Jos äänivälineen lämpötilan on tarkoitus pysyä vakiona sen sijaan, että käytettäisiin joko integraalista lämpötilakompensaatiota tai kauko-anturia, haluttu lämpötila voidaan syöttää lähetinvastaanottimen kokoonpanon aikana.
- materiaalin pinnalla oleva raskas vaahto/pöly voi toimia äänen vaimentajana. Joissakin tapauksissa absorptio voi olla riittävä estämään ultraäänitekniikan käytön. Suorituskyvyn parantamiseksi, jos vaahto / pöly tai muut tekijät vaikuttavat aaltojen kulkuun nestepinnalle ja sieltä pois, joissakin malleissa voi olla anturiin kiinnitetty sädeohjain.
- nesteen voimakas turbulenssi voi aiheuttaa vaihtelevia lukemia. Laitteen vaimennussäätö tai vastausviive voivat auttaa tämän ongelman ratkaisemisessa. Lähetin tarjoaa vaimennus ohjata suurin muuttuva nopeus näytetyn materiaalin taso ja vaihtelu ma lähtösignaalin. Vaimennus hidastaa näytön vastenopeutta erityisesti silloin, kun nestepinnat ovat sekoittumassa tai materiaalia putoaa äänen tielle täytön aikana.
edut
- Ultraäänilähettimet on helppo asentaa tyhjiin säiliöihin tai nestettä sisältäviin säiliöihin.
- Set-up on yksinkertainen ja laitteet, joilla on sisäinen ohjelmointikyky, voidaan konfiguroida muutamassa minuutissa.
- koska mediaan ei ole yhteyttä eikä liikkuvia osia, laitteet ovat käytännössä huoltovapaita. Kostutetut materiaalit ovat yleensä inerttejä fluoropolymeerejä ja kestävät kondensoivien höyryjen korroosiota.
- koska laite ei ole kosketuksissa, nestetiheyden, dielektrisen tai viskositeetin muutokset eivät vaikuta tason mittaukseen, ja se toimii hyvin vesipitoisissa nesteissä ja monissa kemikaaleissa.
- prosessilämpötilan muutokset muuttavat ultraäänipulssin nopeutta nesteen yläpuolella olevan tilan läpi, mutta sisäänrakennettu lämpötilakompensaatio korjaa tämän automaattisesti.
- prosessipaineen muutokset eivät vaikuta mittaukseen.
rajoitukset
- Ultraäänilähettimet luottavat siihen, että pulssi ei vaikuta sen lentoaikana. Nesteitä, jotka muodostavat raskaita höyryjä, höyry-tai höyrykerroksia, tulee välttää (käytä näissä tapauksissa Tutkalähettintä). Koska pulssi tarvitsee ilmaa kulkiakseen läpi, tyhjiösovellukset eivät ole mahdollisia.
- Rakennusmateriaalit rajoittavat yleensä prosessin lämpötilan noin 158 °F (70 °C) ja paineen 43 psig (3 bar).
- myös nestepinnan kunnolla on merkitystä. Jonkin verran turbulenssia voidaan sietää, mutta vaahtoaminen vaimentaa usein paluukaikua.
- säiliön esteet, kuten putket, vahvistustangot ja sekoittajat, aiheuttavat vääriä kaikuja, mutta useimmissa lähettimissä on kehittyneitä ohjelmistoalgoritmeja, jotka mahdollistavat näiden kaikujen peittämisen tai huomiotta jättämisen.
- Ultraäänilähettimiä voidaan käyttää siiloissa, jotka sisältävät kuivia tuotteita, kuten pellettejä, jyviä tai jauheita, mutta niitä on vaikeampi teettää. Huomioon on otettava muun muassa lepokulman, pölyämisen ja pitkien etäisyyksien kaltaiset tekijät. Ohjattu Aaltotutkalähetin soveltuu paremmin kuivaustuotekohteisiin.