Un transmetteur de niveau à ultrasons est monté sur le dessus du réservoir et transmet une impulsion ultrasonore dans le réservoir. Cette impulsion, qui se déplace à la vitesse du son, est renvoyée vers l’émetteur à partir de la surface du liquide. L’émetteur mesure le délai entre le signal d’écho émis et reçu et le microprocesseur embarqué calcule la distance à la surface du liquide à l’aide de la formule.
Distance = (Vitesse du son dans l’air x temporisation) / 2
Une fois que l’émetteur est programmé avec la référence inférieure de l’application – généralement le fond du réservoir – le niveau de liquide est calculé par le microprocesseur.L’équation de base pour calculer le niveau du réservoir est
Niveau = Hauteur –Distance du réservoir
Concept de base et éléments de la Mesure de niveau par ultrasons
Distance de mesure minimale (Xm): (également connu sous le nom de « bande morte ») est une caractéristique commune à tous les compteurs de niveau à ultrasons. Il s’agit d’une courte portée devant le capteur dans laquelle l’appareil à ultrasons ne peut pas mesurer.
Distance de mesure maximale (XM): La plage la plus longue dans des conditions idéales dans laquelle l’appareil peut mesurer. Aucune mesure n’est possible au-delà de cette distance.
Transmetteur de niveau à ultrasons, qui effectue des calculs pour convertir la distance de déplacement des vagues en une mesure de niveau dans le réservoir. Le laps de temps entre le déclenchement de la salve sonore et la réception de l’écho de retour est directement proportionnel à la distance entre le transducteur et le matériau dans le récipient. Le milieu est normalement de l’air sur la surface du matériau, mais il peut s’agir d’une couverture de certains autres gaz ou vapeurs. L’instrument mesure le temps pendant lequel les rafales descendent vers la surface réfléchissante et reviennent. Ce temps sera proportionnel à la distance entre le transducteur et la surface et pourra être utilisé pour déterminer le niveau de fluide dans le réservoir. Ce principe de base est au cœur de la technologie de mesure par ultrasons et est illustré dans l’équation: Distance = (Vitesse du Son x Temps) / 2. Ces appareils sans contact sont disponibles dans des modèles qui peuvent convertir des lectures en sorties de 4 à 20 mA vers DCSs, automates ou autres systèmes distants.
La gamme de fréquences pour les méthodes ultrasonores est comprise entre 15 et 200 kHz. Les instruments à basse fréquence sont utilisés pour des applications plus difficiles; tels que des distances plus longues et des mesures de niveau solide et ceux à fréquence plus élevée sont utilisés pour des mesures de niveau de liquide plus courtes.
Pour les applications pratiques de la méthode de mesure par ultrasons, un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte. Quelques points clés sont:
- La vitesse du son à travers le milieu (généralement l’air) varie avec la température du milieu. Le transducteur peut contenir un capteur de température pour compenser les changements de température de fonctionnement qui modifieraient la vitesse du son et donc le calcul de la distance qui détermine une mesure de niveau précise. Une compensation de température est fournie pour tenir compte des variations de température uniformes du milieu sonore. Le capteur de température est placé à l’intérieur du transducteur et le signal est envoyé à l’émetteur-récepteur via le câblage du transducteur. En option, un capteur de température alternatif peut être utilisé pour fournir une entrée de température, plutôt qu’en utilisant le capteur de température intégré. Si la température du support sonore doit rester constante, au lieu d’utiliser soit la compensation de température intégrale, soit le capteur distant, la température souhaitée peut être saisie lors de la configuration de l’émetteur-récepteur.
- La présence de mousse / poussière lourde à la surface du matériau peut agir comme un absorbant acoustique. Dans certains cas, l’absorption peut être suffisante pour empêcher l’utilisation de la technique ultrasonore. Pour améliorer les performances lorsque la mousse / la poussière ou d’autres facteurs affectent le déplacement des vagues vers et depuis la surface du liquide, certains modèles peuvent avoir un guide de faisceau fixé au transducteur.
- Une turbulence extrême du liquide peut provoquer des lectures fluctuantes. L’utilisation d’un réglage de l’amortissement dans l’instrument ou d’un délai de réponse peut aider à résoudre ce problème. L’émetteur-récepteur fournit un amortissement pour contrôler le taux de variation maximal du niveau de matériau affiché et la fluctuation du signal de sortie mA. L’amortissement ralentit le taux de réponse de l’écran, en particulier lorsque les surfaces liquides sont en agitation ou que le matériau tombe dans le chemin sonore pendant le remplissage.
Avantages
- Les émetteurs à ultrasons sont faciles à installer sur des réservoirs vides ou sur des réservoirs contenant du liquide.
- La configuration est simple et les appareils dotés d’une capacité de programmation intégrée peuvent être configurés en quelques minutes.
- Comme il n’y a aucun contact avec le support et aucune pièce mobile, les appareils ne nécessitent pratiquement aucun entretien. Les matériaux mouillés sont généralement un polymère fluoré inerte et résistent à la corrosion des vapeurs de condensation.
- Comme l’appareil n’est pas en contact, la mesure de niveau n’est pas affectée par les modifications de la densité du liquide, du diélectrique ou de la viscosité, et fonctionne bien sur les liquides aqueux et de nombreux produits chimiques.
- Les changements de température du processus modifient la vitesse de l’impulsion ultrasonore dans l’espace au-dessus du liquide, mais la compensation de température intégrée corrige automatiquement cela.
- Les changements de pression de process n’affectent pas la mesure.
Limitations
- Les émetteurs à ultrasons reposent sur le fait que l’impulsion n’est pas affectée pendant son temps de vol. Les liquides qui forment des vapeurs lourdes, de la vapeur ou des couches de vapeur doivent être évités (utilisez un émetteur radar dans ces cas). Comme l’impulsion a besoin d’air pour traverser, les applications sous vide ne sont pas possibles.
- Les matériaux de construction limitent généralement la température du procédé à environ 70 °C (158 ° F) et la pression à 43 psig (3 bars).
- L’état de la surface du liquide est également important. Une certaine turbulence peut être tolérée, mais le moussage atténue souvent l’écho de retour.
- Les obstructions dans le réservoir, telles que les tuyaux, les barres de renforcement et les agitateurs, provoqueront de faux échos, mais la plupart des émetteurs disposent d’algorithmes logiciels sophistiqués pour permettre de masquer ou d’ignorer ces échos.
- Les émetteurs à ultrasons peuvent être utilisés sur des silos contenant des produits secs tels que des granulés, des grains ou des poudres, mais ceux-ci sont plus difficiles à mettre en service. Des facteurs tels que l’angle de repos de la surface, l’époussetage et les longues distances doivent être pris en compte. Un émetteur Radar à ondes guidées est mieux adapté aux applications de produits secs.