en ultraljudsnivåsändare är monterad på toppen av tanken och överför en ultraljudspuls ner i tanken. Denna puls, som färdas med ljudets hastighet, reflekteras tillbaka till sändaren från vätskeytan. Sändaren mäter tidsfördröjningen mellan den överförda och mottagna ekosignalen och den inbyggda mikroprocessorn beräknar avståndet till vätskeytan med formeln.
Distance = ( ljudets hastighet i luft x tidsfördröjning) / 2
när sändaren är programmerad med applikationens bottenreferens – vanligtvis tankens botten – beräknas vätskenivån av mikroprocessorn.Den grundläggande ekvationen för beräkning av tanknivån är
nivå = tankens höjd-avstånd
grundläggande koncept och delar av ultraljud nivåmätning
minsta mätavstånd (Xm): (även känd som ”Dead Band”) är en funktion som är gemensam för alla ultraljudsnivåmätare. Detta är ett kort intervall framför sensorn inom vilken ultraljudsenheten inte kan mäta.
maximalt mätavstånd (XM): det längsta intervallet under idealiskt skick inom vilket enheten kan mäta. Ingen mätning är möjlig utöver detta avstånd.
Ultraljudsnivåsändare, som utför beräkningar för att omvandla vågens avstånd till ett mått på nivån i tanken. Tidsfördröjningen mellan att skjuta ljudet och ta emot returekoet är direkt proportionellt mot avståndet mellan givaren och materialet i kärlet. Mediet är normalt luft över materialets yta men det kan vara en filt av några andra gaser eller ångor. Instrumentet mäter tiden för skurar att resa ner till den reflekterande ytan och retur. Denna tid kommer att vara proportionell mot avståndet från givaren till ytan och kan användas för att bestämma vätskenivån i tanken. Denna grundläggande princip ligger i hjärtat av ultraljudsmätningstekniken och illustreras i ekvationen: avstånd = (ljudets hastighet x tid)/2. Dessa noncontact-enheter finns i modeller som kan konvertera avläsningar till 4-20 mA-utgångar till DCSs, PLC eller andra fjärrsystem.
frekvensområdet för ultraljudsmetoder ligger i intervallet 15…200 kHz. De lägre frekvensinstrumenten används för svårare applikationer; såsom längre avstånd och fasta nivåmätningar och de med högre frekvens används för kortare vätskenivåmätningar.
för praktiska tillämpningar av ultraljudsmätningsmetod måste ett antal faktorer beaktas. Några viktiga punkter är:
- ljudets hastighet genom mediet (vanligtvis luft) varierar med mediets temperatur. Givaren kan innehålla en temperatursensor för att kompensera för förändringar i driftstemperatur som skulle ändra ljudets hastighet och därmed avståndsberäkningen som bestämmer en exakt nivåmätning. Temperaturkompensation tillhandahålls för att ta hänsyn till enhetliga temperaturvariationer för ljudmediet. Temperaturgivaren placeras inuti givaren och signalen skickas till transceivern via givarens ledningar. Alternativt kan en alternativ temperatursensor användas för att ge en temperaturingång, snarare än genom att använda den integrerade temperatursensorn. Om ljudmediets temperatur ska förbli konstant, istället för att använda antingen den integrerade temperaturkompensationen eller fjärrsensorn, kan önskad temperatur anges under transceiverkonfigurationen.
- närvaron av tungt skum / damm på ytan av materialet kan fungera som ett ljudabsorberande medel. I vissa fall kan absorptionen vara tillräcklig för att utesluta användning av ultraljudstekniken. För att förbättra prestanda där skum / damm eller andra faktorer påverkar vågresan till och från vätskeytan kan vissa modeller ha en strålstyrning fäst vid givaren.
- Extrem turbulens i vätskan kan orsaka fluktuerande avläsningar. Användning av en dämpningsjustering i instrumentet eller en svarsfördröjning kan hjälpa till att lösa detta problem. Sändtagaren ger dämpning för att styra den maximala förändringshastigheten för den visade materialnivån och fluktuationen av mA-utsignalen. Dämpning sänker skärmens responshastighet, särskilt när flytande ytor är i omrörning eller material faller in i ljudbanan under fyllning.
fördelar
- ultraljudssändare är lätta att installera på tomma tankar eller på tankar som innehåller vätska.
- installationen är enkel och de enheter med inbyggd programmeringskapacitet kan konfigureras på några minuter.
- eftersom det inte finns någon kontakt med media och inga rörliga delar är enheterna praktiskt taget underhållsfria. Fuktiga material är vanligtvis en inert fluorpolymer och resistent mot korrosion från kondenserande ångor.
- eftersom enheten inte är i kontakt påverkas nivåmätningen inte av förändringar i Vätsketäthet, dielektrisk eller viskositet och fungerar bra på vattenhaltiga vätskor och många kemikalier.
- förändringar i processtemperaturen kommer att ändra hastigheten på ultraljudspulsen genom utrymmet ovanför vätskan, men inbyggd temperaturkompensation korrigerar automatiskt detta.
- förändringar i Processtryck påverkar inte mätningen.
begränsningar
- ultraljudssändare är beroende av att pulsen inte påverkas under sin flygtid. Vätskor som bildar tunga ångor, ånga eller ånglager bör undvikas (använd en radarsändare i dessa fall). Eftersom pulsen behöver luft för att färdas genom är vakuumapplikationer inte möjliga.
- konstruktionsmaterial begränsar i allmänhet processtemperaturen till cirka 158 F (70 C) och trycket till 43 psig (3 bar).
- vätskeytans tillstånd är också viktigt. Viss turbulens kan tolereras men skumning kommer ofta att dämpa retur echo.
- hinder i tanken, såsom rör, förstärkningsstänger och omrörare, kommer att orsaka falska ekon, men de flesta sändare har sofistikerade mjukvarualgoritmer för att tillåta maskering eller ignorering av dessa ekon.
- ultraljudssändare kan användas på silor som innehåller torra produkter som pellets, korn eller pulver, men dessa är svårare att beställa. Faktorer som ytvinkel för vila, dammning och långa intervall måste beaktas. En guidad Vågradarsändare är bättre lämpad för torrproduktapplikationer.