Un trasmettitore di livello ultrasonico è montato sulla cima del carro armato e trasmette un impulso ultrasonico giù nel carro armato. Questo impulso, viaggiando alla velocità del suono, viene riflesso al trasmettitore dalla superficie del liquido. Il trasmettitore misura il tempo di ritardo tra il segnale di eco trasmesso e ricevuto e il microprocessore di bordo calcola la distanza dalla superficie del liquido utilizzando la formula.
Distance = (Velocità del suono in aria x time delay) / 2
Una volta che il trasmettitore è programmato con il riferimento inferiore dell’applicazione – di solito il fondo del serbatoio – il livello del liquido viene calcolato dal microprocessore.L’equazione di base per il calcolo del livello del serbatoio è
Livello = Altezza del serbatoio-Distanza
Concetto di base ed elementi della misurazione del livello ultrasonico
Distanza minima di misurazione (Xm): (noto anche come” Banda morta”) è una caratteristica comune a tutti i misuratori di livello ad ultrasuoni. Questo è un corto raggio davanti al sensore all’interno del quale il dispositivo ad ultrasuoni non può misurare.
Distanza massima di misurazione (XM): la gamma più lunga in condizioni ideali all’interno della quale il dispositivo può misurare. Nessuna misura è possibile oltre questa distanza.
Trasmettitore di livello ad ultrasuoni, che esegue calcoli per convertire la distanza della corsa dell’onda in una misura di livello nel serbatoio. Il lasso di tempo che intercorre tra l’emissione del suono e la ricezione dell’eco di ritorno è direttamente proporzionale alla distanza tra il trasduttore e il materiale nel recipiente. Il mezzo è normalmente aria sulla superficie del materiale, ma potrebbe essere una coltre di altri gas o vapori. Lo strumento misura il tempo per le raffiche di viaggiare verso il basso per la superficie riflettente e ritorno. Questo tempo sarà proporzionale alla distanza dal trasduttore alla superficie e può essere utilizzato per determinare il livello di fluido nel serbatoio. Questo principio di base è alla base della tecnologia di misurazione ad ultrasuoni ed è illustrato nell’equazione: Distanza = (Velocità del suono x Tempo)/2. Questi dispositivi senza contatto sono disponibili in modelli in grado di convertire le letture in uscite da 4-20 mA in DCSS, PLC o altri sistemi remoti.
La gamma di frequenza per i metodi ultrasonici è nell’intervallo di 15 kHz 200 kHz. Gli strumenti a frequenza più bassa sono utilizzati per applicazioni più difficili; come distanze più lunghe e misurazioni del livello solido e quelli con frequenza più elevata sono utilizzati per misurazioni del livello del liquido più brevi.
Per le applicazioni pratiche del metodo di misurazione ad ultrasuoni, è necessario considerare una serie di fattori. Alcuni punti chiave sono:
- La velocità del suono attraverso il mezzo (di solito aria) varia con la temperatura del mezzo. Il trasduttore può contenere un sensore di temperatura per compensare le variazioni di temperatura di funzionamento che altererebbero la velocità del suono e quindi il calcolo della distanza che determina una misurazione accurata del livello. La compensazione della temperatura viene fornita per tenere conto delle variazioni di temperatura uniformi del mezzo sonoro. Il sensore di temperatura viene posizionato all’interno del trasduttore e il segnale viene inviato al ricetrasmettitore tramite il cablaggio del trasduttore. Facoltativamente, un sensore di temperatura alternativo può essere utilizzato per fornire un ingresso di temperatura, piuttosto che utilizzando il sensore di temperatura integrato. Se la temperatura del mezzo sonoro deve rimanere costante, invece di utilizzare la compensazione integrata della temperatura o il sensore remoto, la temperatura desiderata può essere inserita durante la configurazione del ricetrasmettitore.
- La presenza di schiuma/polvere pesante sulla superficie del materiale può fungere da fonoassorbente. In alcuni casi, l’assorbimento può essere sufficiente a precludere l’uso della tecnica ultrasonica. Per migliorare le prestazioni in cui schiuma/polvere o altri fattori influenzano il viaggio dell’onda da e verso la superficie del liquido, alcuni modelli possono avere una guida del fascio collegata al trasduttore.
- L’estrema turbolenza del liquido può causare letture fluttuanti. L’uso di una regolazione dello smorzamento nello strumento o di un ritardo di risposta può aiutare a superare questo problema. Il ricetrasmettitore fornisce lo smorzamento per controllare la velocità massima di variazione del livello del materiale visualizzato e la fluttuazione del segnale di uscita mA. Lo smorzamento rallenta la velocità di risposta del display, specialmente quando le superfici liquide sono in agitazione o il materiale cade nel percorso sonoro durante il riempimento.
Vantaggi
- I trasmettitori ad ultrasuoni sono facili da installare su serbatoi vuoti o su serbatoi contenenti liquidi.
- La configurazione è semplice e i dispositivi con capacità di programmazione integrata possono essere configurati in pochi minuti.
- Poiché non vi è alcun contatto con il supporto e senza parti in movimento, i dispositivi sono praticamente esenti da manutenzione. I materiali bagnati sono solitamente un fluoropolimero inerte e resistenti alla corrosione dai vapori di condensazione.
- Poiché il dispositivo non è in contatto, la misurazione del livello non è influenzata dalle variazioni della densità del liquido, del dielettrico o della viscosità e funziona bene su liquidi acquosi e molti prodotti chimici.
- Le variazioni di temperatura di processo cambieranno la velocità dell’impulso ultrasonico attraverso lo spazio sopra il liquido, ma la compensazione della temperatura incorporata corregge automaticamente questo.
- Le variazioni della pressione di processo non influiscono sulla misurazione.
Limitazioni
- I trasmettitori ultrasonici contano sull’impulso che è inalterato durante il suo tempo di volo. I liquidi che formano vapori pesanti, vapore o strati di vapore dovrebbero essere evitati (utilizzare un trasmettitore radar in questi casi). Poiché l’impulso ha bisogno di aria per viaggiare attraverso, applicazioni di vuoto non sono possibili.
- I materiali di costruzione generalmente limitano la temperatura di processo a circa 158 ° F (70 ° C) e la pressione a 43 psig (3 bar).
- Anche la condizione della superficie del liquido è importante. Alcune turbolenze possono essere tollerate, ma la schiuma spesso inumidisce l’eco di ritorno.
- Le ostruzioni nel serbatoio, come tubi, barre di rinforzo e agitatori, causeranno falsi echi, ma la maggior parte dei trasmettitori dispone di sofisticati algoritmi software per consentire di mascherare o ignorare questi echi.
- I trasmettitori ad ultrasuoni possono essere utilizzati su silos contenenti prodotti secchi come pellet, cereali o polveri, ma questi sono più difficili da commissionare. Devono essere presi in considerazione fattori quali l’angolo di riposo della superficie, la spolverata e le lunghe distanze. Un trasmettitore radar a onde guidate è più adatto per applicazioni di prodotti asciutti.