zasada działania ultradźwiękowego przetwornika poziomu

Ultradźwiękowy przetwornik poziomu jest zamontowany na górze zbiornika i przesyła impuls ultradźwiękowy do zbiornika. Impuls ten, poruszający się z prędkością dźwięku, odbija się z powrotem do nadajnika od powierzchni cieczy. Nadajnik mierzy opóźnienie czasowe między transmitowanym i odbieranym sygnałem echa, a mikroprocesor pokładowy oblicza odległość do powierzchni cieczy za pomocą wzoru.

Odległość = (Prędkość dźwięku w powietrzu x opóźnienie czasowe) / 2

po zaprogramowaniu nadajnika z dolnym odniesieniem aplikacji – Zwykle dnem zbiornika – poziom cieczy jest obliczany przez mikroprocesor.Podstawowe równanie do obliczania poziomu zbiornika to

poziom = wysokość zbiornika-odległość

podstawowa koncepcja i elementy ultradźwiękowego pomiaru poziomu

Minimalna odległość pomiarowa (Xm): (znany również jako „Dead Band”) jest cechą wspólną dla wszystkich ultradźwiękowych mierników poziomu. Jest to krótki zasięg przed czujnikiem, w którym urządzenie ultradźwiękowe nie może zmierzyć.

Maksymalna odległość pomiarowa (XM): najdłuższy zakres w idealnym stanie, w którym urządzenie może mierzyć. Poza tą odległością nie jest możliwy pomiar.

Ultradźwiękowy przetwornik poziomu, który wykonuje obliczenia w celu przeliczenia odległości ruchu fali na miarę poziomu w zbiorniku. Upływ czasu między wystrzeliwaniem rozbłysku a odbieraniem ECHA powrotnego jest wprost proporcjonalny do odległości między przetwornikiem a materiałem w zbiorniku. Medium jest zwykle powietrzem nad powierzchnią materiału, ale może to być koc innych gazów lub oparów. Przyrząd mierzy czas, w którym wybuchy przemieszczają się na powierzchnię odbijającą i powracają. Czas ten będzie proporcjonalny do odległości od przetwornika do powierzchni i może być użyty do określenia poziomu płynu w zbiorniku. Ta podstawowa zasada leży u podstaw ultradźwiękowej technologii pomiarowej i jest zilustrowana równaniem: Odległość = (Prędkość dźwięku x Czas) / 2. Te urządzenia bezkontaktowe są dostępne w modelach, które mogą konwertować odczyty na wyjścia 4-20 mA na DCSs, PLC lub inne zdalne systemy.

zakres częstotliwości dla metod ultradźwiękowych mieści się w zakresie 15…200 kHz. Instrumenty o niższej częstotliwości są używane do trudniejszych zastosowań; takich jak dłuższe odległości i pomiary poziomu ciał stałych, a te o wyższej częstotliwości są używane do krótszych pomiarów poziomu cieczy.

w przypadku praktycznych zastosowań ultradźwiękowej metody pomiaru należy wziąć pod uwagę szereg czynników. Kilka kluczowych punktów to:

• prędkość dźwięku przez medium (Zwykle powietrze) zmienia się w zależności od temperatury medium. Przetwornik może zawierać czujnik temperatury, który kompensuje zmiany temperatury roboczej, które mogłyby zmienić prędkość dźwięku, a tym samym obliczenie odległości, które determinuje dokładny pomiar poziomu. Kompensacja temperatury jest zapewniana w celu uwzględnienia równomiernych wahań temperatury medium dźwiękowego. Czujnik temperatury jest umieszczony wewnątrz przetwornika, a sygnał jest przesyłany do nadajnika-odbiornika za pośrednictwem okablowania przetwornika. Opcjonalnie można użyć alternatywnego czujnika temperatury, zamiast wbudowanego czujnika temperatury. Jeśli temperatura medium dźwiękowego ma pozostać stała, zamiast używać integralnej kompensacji temperatury lub zdalnego czujnika, można wprowadzić żądaną temperaturę podczas konfiguracji nadajnika-odbiornika.
• obecność ciężkiej pianki/pyłu na powierzchni materiału może działać jako pochłaniacz dźwięku. W niektórych przypadkach absorpcja może być wystarczająca, aby wykluczyć zastosowanie techniki ultradźwiękowej. Aby zwiększyć wydajność tam, gdzie piana/kurz lub inne czynniki wpływają na przemieszczanie się fali do iz powierzchni cieczy, niektóre modele mogą mieć prowadnicę wiązki przymocowaną do przetwornika.
• Ekstremalne turbulencje cieczy mogą powodować wahania odczytów. Zastosowanie regulacji tłumienia w przyrządzie lub opóźnienia reakcji może pomóc w przezwyciężeniu tego problemu. Transceiver zapewnia tłumienie w celu kontrolowania maksymalnej szybkości zmiany wyświetlanego poziomu materiału i wahań sygnału wyjściowego mA. Tłumienie spowalnia szybkość reakcji wyświetlacza, zwłaszcza gdy powierzchnie cieczy są w mieszaniu lub materiał wpada do ścieżki dźwiękowej podczas napełniania.

zalety

1. nadajniki ultradźwiękowe są łatwe do zainstalowania na pustych zbiornikach lub zbiornikach zawierających ciecz.
2. konfiguracja jest prosta, a Urządzenia z możliwością programowania na pokładzie można skonfigurować w ciągu kilku minut.
3. ponieważ nie ma kontaktu z mediami i nie ma ruchomych części, urządzenia są praktycznie bezobsługowe. Zwilżone materiały są zwykle obojętnym fluoropolimerem i są odporne na korozję spowodowaną kondensacją oparów.
4. ponieważ urządzenie jest bezdotykowe, pomiar poziomu nie ma wpływu na zmiany gęstości cieczy, dielektryka lub lepkości i działa dobrze na wodne ciecze i wiele chemikaliów.
5. zmiany temperatury procesu zmienią prędkość impulsu ultradźwiękowego w przestrzeni nad cieczą, ale wbudowana kompensacja temperatury automatycznie to koryguje.
6. zmiany ciśnienia procesowego nie wpływają na pomiar.

ograniczenia

1. nadajniki ultradźwiękowe polegają na tym, że impuls pozostaje nienaruszony w czasie lotu. Należy unikać cieczy, które tworzą ciężkie Pary, Pary lub warstwy pary (w takich przypadkach należy użyć nadajnika radarowego). Ponieważ impuls potrzebuje powietrza do przemieszczania się, aplikacje próżniowe nie są możliwe.
2. Materiały konstrukcyjne zazwyczaj ograniczają temperaturę procesu do około 158 °F (70 °C) i ciśnienie do 43 psig (3 bar).
3. ważny jest również stan powierzchni cieczy. Niektóre turbulencje mogą być tolerowane, ale piana często tłumi echo powrotne.
4. przeszkody w zbiorniku, takie jak rury, pręty wzmacniające i mieszadła, powodują fałszywe echa, ale większość nadajników ma wyrafinowane algorytmy programowe, które umożliwiają maskowanie lub ignorowanie tych ECHA.
5. nadajniki ultradźwiękowe mogą być stosowane na silosach zawierających suche produkty, takie jak granulki, ziarna lub proszki, ale są one trudniejsze do uruchomienia. Należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak kąt odpoczynku powierzchni, pylenie i długie zasięgi. Nadajnik radarowy z falą kierowaną lepiej nadaje się do zastosowań w suchych produktach.