Ultrazvukové senzory měří hladinu kapaliny vyzařováním zvukových impulsů 20-200 kHz a načasováním návratu echo. Jedná se o nekontaktní, nízkonákladové a dobře fungují ve většině nádrží na vodu a vodu - ale selhávají v 7 specifických situacích: blanking distance, pěna, pára, vakuum, vysoká teplota, turbulence a úhlové nebo potažené povrchy. Tato příručka vysvětluje každý limit svým typickým prahem, jak jej vyřešit a kdy přepnout na radar. Pokud stále vybíráte hardware, začněte od Přehled ultrazvukových senzorů.
Většina & # 8220; Ultrazvuková omezení čidel & # 8221; články seznam akustické teorie. Ve skutečné nádrži záleží jen na hrstce efektů: co je uvnitř dráhy paprsku, jak se povrch chová a jak se rychlost zvuku mění s teplotou. Níže uvedené oddíly jsou uspořádány podle těchto tří skutečností.
Jak funguje ultrazvukový senzor úrovně - v jednom odstavci
Vysílač vystřelí zvuk a měří čas, než se ozvěna vrátí. Vzdálenost se vypočte jako (rychlost zvuku × čas) d2, poté se převede na úroveň pomocí geometrie nádrže. Následují dva následky. Za prvé, cokoliv, co oslabí nebo zpomalí ozvěnu - pěnu, páru, kondenzaci - se stane chybou měření, nikoli jen obtíží. Za druhé, protože se rychlost zvuku mění s teplotou přibližně 0,6 m / s na ° C, nekompenzovaný senzor driftuje i v dokonale čisté nádrži. Plnější zpracování akustické strany je k dispozici v tomto začátečník & # 8217; průvodce ultrazvukovými vysílači.
Vysílač vystřelí zvuk a měří čas, než se ozvěna vrátí. Vzdálenost se vypočte jako (rychlost zvuku × čas) d2, poté se převede na úroveň pomocí geometrie nádrže. Následují dva následky. Za prvé, cokoliv, co oslabí nebo zpomalí ozvěnu - pěnu, páru, kondenzaci - se stane chybou měření, nikoli jen obtíží. Za druhé, protože se rychlost zvuku mění s teplotou přibližně 0,6 m / s na ° C, nekompenzovaný senzor driftuje i v dokonale čisté nádrži. Plnější zpracování akustické strany je k dispozici v tomto začátečník & # 8217; průvodce ultrazvukovými vysílači.
7 Real Limitations of Ultrasonic Level Sensors (with Solutions)
Toto jsou omezení, která mění vaši instalaci, nikoli teoretická:
- Přilehlá vzdálenost - žádné spolehlivé měření v rozmezí 30-50 cm od snímače. Řešení: připevněte senzor tak, aby nejvyšší hladina kapaliny zůstala pod blinkingovou vzdáleností, nebo použijte stillingovou studnu pro zvýšení použitelného rozsahu.
- Pěnové vrstvy - pěna silnější než asi 2 cm absorbuje a rozptyluje puls, produkující falešné nebo zmrazené údaje. Řešení: použijte stillingovou studnu k obejití povrchové pěny, nebo se přesuňte do vodivého radaru, který se šíří podél sondy.
- Odpařování a kondenzace - kapky tvořící se na snímači tlumí signál a účinek roste v teplých, vlhkých nebo krytých nádržích. Roztok: specifikujte vyhřívaný nebo vzduchotěsný snímač, nebo zabočte snímač do kondenzátu.
- Teplotní drift - rychlost zvuku se mění asi 0,6 m / s na ° C, takže 20 ° C posune hodnoty o přibližně 1%, pokud senzor nevykompenzuje. Řešení: při uvedení do provozu zvolte senzor s kompenzací teploty a ověřte jej proti ručnímu dipu.
- Vakuová služba - zvuk se nemůže šířit ve vakuu, takže ultrazvukové měření není použitelné ve vakuových nádržích nebo sloupcích. Roztok: místo toho použijte radar (elektromagnetický FMCW) nebo hydrostatické měření tlaku.
- Pokovovací a krystalizační média - lepkavé, škálovací nebo krystalizující kapaliny se nahromadí na snímači obličeje a vlhčí signál po dobu týdnů. Roztok: jako součást údržby použijte potažený nebo chemicky odolný obličej nebo rutinní úklid.
- Turbulence a několik ozvěn - agitátory, kaskády a plnící proudy vytvářejí falešné ozvěny a nestabilní údaje. Řešení: umožňují echo- procesorové filtry, drží senzor od agitátorových hřídelí a používají stillingovou studnu, kde je turbulence těžká.
Pokud vaše aplikace zasáhne tři nebo více z nich, ultrazvuk je obvykle špatná technologie spíše než problém ladění.
Ultrazvukové vs Radar (80 GHz) vs Hydrostatic Level Sensors
Použijte tuto tabulku pro užší seznam podle provozního stavu, pak potvrďte proti datasheet:
| Funkce | Ultrazvukový | Radar 80 GHz | Hydrostatická |
|---|---|---|---|
| Princip měření | Zvuková doba letu | Elektromagnetická FMCW | Tlak vs úroveň |
| Přilehlá vzdálenost | 30- 50 cm | ~ 5 cm | Žádné |
| Odolnost pěny | Chudák. | Dobré | Dobré (mokré) |
| Vakuová služba | Ne | Ano | Ano |
| Cenová úroveň | Nízká | Střední | Low... Střední |
| Typická přesnost | ± 0, 2- 0, 5% FS | ± 1-2 mm | ±0,51 TP3T FS |
Kdy vybrat Radar místo ultrazvukové
Přepněte na radar, pokud pěna, pára, vakuum, vysoká teplota nebo dlouhý měřicí rozsah činí akustickou cestu nespolehlivou - to jsou přesně ty podmínky, kdy se ultrazvuková přesnost hroutí, zatímco radar 80 GHz stále pracuje. Procházet radarové snímače hladiny pokud se na vaši nádrž vztahují dvě nebo více výše uvedených omezení.
Kontrolní seznam instalace a údržby
- Udržujte paprsek mimo stěny nádrže, žebříky a přívodní proudy - zaměřte na čirý kužel nejméně 5 ° kolem osy.
- Montáž kolmá k tekutému povrchu; nakloněný snímač zkracuje použitelný rozsah a zvyšuje falešnou ozvěnu.
- Záznamník 4-20 mA nebo RS485 výstup proti manuálním dips pro první týden potvrdit geometrie a blinking ofsetu.
- Kontrolovat převodník tvář měsíčně v pěnění nebo škálování služby; 1 mm nahromadění-up je dost na posunutí čtení.
- Rekordní teplotní kompenzační chování sezónně - venkovní nádrže mohou houpat natolik, aby odhalily nevykompenzovanou jednotku.
Pro úrovňové vysílače používané v těchto podmínkách, Série KUS3000 pokrývá úroveň nádrže a měření otevřeného kanálu; akustické chování ultrazvukového snímání je také shrnuto MaxBotix & # 8217; s senzorem primer.
ČASTO KLADENÉ DOTAZY
Q: Jaká je záblesková vzdálenost ultrazvukového snímače?
A: Blanking vzdálenost je obvykle 30-50 cm od snímače tvář; uvnitř této zóny, e senzor nemůže oddělit přenášecí puls od echa, takže není možné spolehlivé měření.
Q: Mohou ultrazvukové snímače měřit pěnou?
A: Jen tenká pěna. Vrstvy silnější než asi 2 cm absorbují a rozptylují zvukový pulz a způsobují falešná měření, takže pěnové nádrže jsou obvykle lépe obsluhovány radarem s vodivými vlnami nebo studnou.
Q: Má teplota vliv na měření ultrazvukové hladiny?
A: Ano - rychlost zvuku se mění asi 0,6 m / s na ° C, takže nekompenzovaný senzor driftuje s okolní a procesní teplotou. Vyberte si jednotku s kompenzací teploty a zkontrolujte ji proti ručnímu ponoření.
Otázka: Kdy mám místo ultrazvuku zvolit radar?
A: Zvolte radar, pokud pěna, pára, vakuum, vysoká teplota nebo dlouhý rozsah činí akustickou cestu nespolehlivou; radar 80 GHz tyto podmínky zvládá, ale stojí více než ultrazvukový ekvivalent.
Q: Je ultrazvuk vhodný pro vakuové nádrže?
A: Ne. Zvuk potřebuje médium k cestování, takže ultrazvukové měření není ve vakuové službě použitelné; místo toho použijte radarové nebo hydrostatické měření tlaku.
Otázka: Jak často má být ultrazvukový senzor čištěn?
A: V čisté vodě služby, ročně je obvykle dost. V pěnových, škálovacích nebo krystalových médiích, kontrolovat měsíční - 1 mm nahromadění na snímač tvář stačí k posunutí čtení.
Další kroky
Srovnejte senzor s podmínkami, pak s rozpočtem. Pokud je vaše nádrž čistá, vypouštěná a větší než 1 m, ultrazvukový senzor je nákladově efektivní odpověď; pokud převažuje pěna, pára, vakuum nebo velký rozsah, rozpočet na radar. Pro podobné srovnání v celém rozsahu, viz ultrazvukový snímač hladiny výběr nebo Série KUS3000.
Zdroje a odkazy
Prahové hodnoty a pokyny pro instalaci v tomto článku se křížově kontrolují podle těchto externích referencí:
