Czujniki poziomu ultradźwiękowego mierzą poziom cieczy, emitując impulsy akustyczne 20- 200 kHz i wymierzając czas powrotu echa. Są one bez kontaktu, niskie koszty, i działają dobrze w większości zbiorników wody i ścieków - ale nie w 7 szczególnych sytuacjach: blanking odległość, piana, para, próżni, wysoka temperatura, turbulencje, i kątowane lub powlekane powierzchnie. Niniejszy przewodnik wyjaśnia każdą granicę z jej typowym progu, jak ją rozwiązać i kiedy przełączyć się na radar. Jeśli nadal wybierasz sprzęt, zacznij od przegląd ultradźwiękowego poziomu czujnika.
Większość & # 8220; ultradźwiękowe ograniczenia czujników & # 8221; artykuły zawierają listę teorii akustycznych. W prawdziwym zbiorniku liczy się tylko garstka efektów: co znajduje się wewnątrz ścieżki wiązki, jak zachowana jest powierzchnia i jak szybkość dźwięku zmienia się z temperaturą. Poniższe sekcje są zorganizowane wokół tych trzech realiów.
Jak ultradźwiękowy czujnik poziomu działa - w jednym akapicie
Przetwornik oddaje dźwięk i mierzy czas do powrotu echa. Odległość oblicza się jako (prędkość dźwięku × czas) ^ 2, a następnie przelicza się na poziom przy użyciu geometrii zbiornika. Dwie konsekwencje następują. Po pierwsze, wszystko, co osłabia lub opóźnia echo - pianę, parę, kondensację - staje się błędem pomiarowym, nie tylko uciążliwym. Po drugie, ponieważ prędkość dźwięku zmienia się przy temperaturze około 0,6 m / s na ° C, nieskompensowany czujnik dryfuje nawet w doskonale czystym zbiorniku. Pełniejsze leczenie strony akustycznej jest dostępna w tym przewodnik dla początkujących & # 8217; do ultradźwiękowych przekaźników poziomu.
Przetwornik oddaje dźwięk i mierzy czas do powrotu echa. Odległość oblicza się jako (prędkość dźwięku × czas) ^ 2, a następnie przelicza się na poziom przy użyciu geometrii zbiornika. Dwie konsekwencje następują. Po pierwsze, wszystko, co osłabia lub opóźnia echo - pianę, parę, kondensację - staje się błędem pomiarowym, nie tylko uciążliwym. Po drugie, ponieważ prędkość dźwięku zmienia się przy temperaturze około 0,6 m / s na ° C, nieskompensowany czujnik dryfuje nawet w doskonale czystym zbiorniku. Pełniejsze leczenie strony akustycznej jest dostępna w tym przewodnik dla początkujących & # 8217; do ultradźwiękowych przekaźników poziomu.
7 Prawdziwe ograniczenia czujników poziomu ultradźwiękowego (z rozwiązaniami)
Są to ograniczenia, które zmieniają instalację, a nie teoretyczne:
- Odległość kolanowa - brak wiarygodnego pomiaru w odległości 30- 50 cm od powierzchni przetwornika. Rozwiązanie: zamontować czujnik tak, że najwyższy poziom cieczy pozostaje poniżej odległości blanking, lub użyć studni, aby podnieść użyteczny zakres.
- Warstwy piankowe - grubsza niż około 2 cm pochłania i rozprasza puls, powodując fałszywe lub zamrożone odczyty. Rozwiązanie: użyć studni do obejścia pianki powierzchniowej, lub przejść do radaru z falą przewodnią, który rozprzestrzenia się wzdłuż sondy.
- Odparowywanie i kondensacja - krople formujące się na twarzy przetwornika tłumią sygnał, a efekt rośnie w ciepłych, wilgotnych lub przykrytych zbiornikach. Roztwór: określić przetwornik podgrzewany lub oczyszczony powietrzem, lub kąt czujnika, aby zrzucić kondensat.
- Odchylenie temperatury - prędkość zmian dźwiękowych około 0,6 m / s na ° C, tak że huśtawka 20 ° C może przesunąć odczyty o około 1%, jeśli czujnik nie zrekompensuje. Rozwiązanie: wybrać czujnik z wbudowaną- w kompensacji temperatury i zweryfikować go z ręcznym zanurzeniem przy uruchomieniu.
- Usługa odkurzania - dźwięk nie może się rozprzestrzeniać w próżni, tak więc pomiar ultradźwiękowy nie ma zastosowania w zbiornikach lub kolumnach próżniowych. Rozwiązanie: zastosować radar (elektromagnetyczny FMCW) lub pomiar ciśnienia hydrostatycznego zamiast.
- Środki powlekające i krystalizujące - lepkie, skalujące lub krystalizujące płyny budują się na powierzchni przetwornika i tłumią sygnał przez kilka tygodni. Roztwór: używać pokrytej lub odpornej chemicznie twarzy, lub rutynowe rutynowe sprzątanie harmonogramu w ramach konserwacji.
- Turbulencja i wielokrotne echa - agitatory, kaskady i strumienie napełniające tworzą fałszywe echa i niestabilne odczyty. Rozwiązanie: włączyć filtry do echoprzetwarzania, utrzymać czujnik z dala od wałów mieszadła, i używać studni, gdzie turbulencje jest ciężka.
Jeśli aplikacja uderzy w trzy lub więcej z nich, ultradźwiękowe jest zazwyczaj niewłaściwa technologia, a nie problem tuning.
Ultrasonic vs Radar (80 GHz) vs Hydrostatic Level Sensors
Użyj tej tabeli do krótkiej listy przez warunek operacyjny, a następnie potwierdź na arkuszu danych:
| Funkcja | Ultradźwiękowy | Radar 80 GHz | Hydrostatyczne |
|---|---|---|---|
| Zasada pomiaru | Czas dźwięku - lot | Elektromagnetyczne FMCW | Ciśnienie vs poziom |
| Odległość kolanowa | 30- 50 cm | ~ 5 cm | Brak |
| Oporność na pianę | Biedny | Dobrze. | Dobre (mokre) |
| Usługa odkurzania | Nie | Tak | Tak |
| Poziom cen | Niski | Średni | Niskie... Średni |
| Typowa dokładność | ± 0, 2- 0, 5% FS | ± 1-2 mm | ±0,51 TP3T FS |
Kiedy wybrać Radar zamiast ultradźwięków
Przełączanie na radar, gdy piana, para, próżnia, wysoka temperatura lub długi zakres pomiarowy czynią ścieżkę akustyczną niepewną - są to dokładnie warunki, w których ultradźwiękowa dokładność zapada podczas pracy radaru 80 GHz. Przeglądaj radarowe czujniki poziomu jeżeli dwa lub więcej z powyższych ograniczeń dotyczy zbiornika.
Lista kontrolna instalacji i konserwacji
- Utrzymuj belkę z dala od ścian zbiornika, drabin i strumieni wlotowych - celuj w przezroczysty stożek o co najmniej 5 ° wokół osi.
- Montaż prostopadły do powierzchni cieczy; przechylony przetwornik skraca zasięg użytkowy i zwiększa fałszywe echa.
- Zaloguj wyjście 4- 20 mA lub RS485 przed ręcznym nurkowaniem na pierwszy tydzień, aby potwierdzić geometrię i offset blanking.
- Sprawdź twarz przetwornika co miesiąc w serwisie pianotwórczym lub skalującym; 1 mm nagromadzenie wystarczy do przesunięcia odczytów.
- Rekordowe zachowanie kompensacji temperatury sezonowo - zbiorniki zewnętrzne mogą huśtać się na tyle, aby odsłonić nieskompensowaną jednostkę.
W przypadku nadajników poziomu stosowanych w tych warunkach, Seria KUS3000 obejmuje poziom zbiornika i pomiar kanału open- channel; zachowanie akustyczne ultradźwiękowego czujnika jest również podsumowane przez Podkład czujnika MaxBotix & # 8217;.
FAQ
P: Jaka jest blankująca odległość ultradźwiękowego czujnika poziomu?
A: Odleglosc blankująca jest zwykle 30- 50 cm od powierzchni przetwornika; wewnątrz tej strefy czujnik nie moze oddzielic pulsu transmisyjnego od echa, wiec nie mozliwe jest przeprowadzenie wiarygodnego pomiaru.
P: Czy ultradźwiękowe czujniki poziomu mogą mierzyć przez pianę?
A: Tylko cienka piana. Warstwy grubsze niż około 2 cm absorbują i rozpraszają impuls dźwiękowy i powodują fałszywe odczyty, więc zbiorniki piankowe są zwykle lepiej obsługiwane przez radar z falą przewodnią lub dobrze się unosi.
P: Czy temperatura wpływa na pomiar poziomu ultradźwiękowego?
A: Tak - prędkość zmian dźwięku wynosi około 0,6 m / s na ° C, tak więc nieskompensowany strumień czujników z temperaturą otoczenia i procesu. Wybierz jednostkę z wbudowaną kompensacją temperatury i sprawdź ją z ręcznym zanurzeniem.
P: Kiedy powinienem wybrać radar zamiast ultradźwięków?
A: Wybierz radar, gdy piana, para, podciśnienie, wysoka temperatura lub długi zakres sprawiają, że ścieżka akustyczna jest niepewna; radar 80 GHz obsługuje te warunki, ale kosztuje więcej niż ultradźwiękowy odpowiednik.
P: Czy ultradźwiękowy jest odpowiedni do zbiorników próżniowych?
A: Nie. Dźwięk potrzebuje nośnika, więc pomiar ultradźwiękowy nie nadaje się do obsługi próżniowej; zamiast tego należy użyć radaru lub pomiaru ciśnienia hydrostatycznego.
P: Jak często należy czyścić ultradźwiękowy czujnik poziomu?
A: W służbie czystej wody, co roku jest zwykle wystarczające. W piankowych, skalujących lub krystalizujących nośnikach, sprawdzaj miesięcznie - 1 mm nagromadzenie na powierzchni przetwornika wystarczy, aby przesunąć odczyt.
Kolejne kroki
Najpierw dopasować czujnik do warunków, potem do budżetu. Jeśli zbiornik jest czysty, wentylowany i powyżej 1 m, ultradźwiękowy czujnik poziomu jest opłacalną odpowiedzią; jeśli piana, para, podciśnienie lub długi zakres dominują, budżet na radar. Aby porównać jak - dla - jak w całym zakresie, zobacz ultradźwiękowy czujnik poziomu wyboru lub Seria KUS3000.
Zasoby i referencje
Progi i wytyczne dotyczące instalacji zawarte w niniejszym artykule są weryfikowane krzyżowo z następującymi zewnętrznymi odniesieniami:
- Coulton Instrumentation - Przewodnik dla początkujących & # 8217; do nadajników ultradźwiękowych
- MaxBotix - Jak działają czujniki ultradźwiękowe (zachowanie akustyczne i wzorce wiązki)
- Wikipedia - Przetwornik ultradźwiękowy (budowa i zakresy częstotliwości)
- Wikipedia - Prędkość dźwięku (uzależnienie od temperatury stosowane do kompensacji)
