Датчики ультразвукового уровня измеряют уровень жидкости, излучая звуковые импульсы 20-200 кГц и определяя время возвращения эха. Они бесконтактные, недорогие и хорошо работают в большинстве резервуаров для воды и сточных вод, но они выходят из строя в 7 конкретных ситуациях: расстояние заготовки, пена, пар, вакуум, высокая температура, турбулентность и угловые или покрытые поверхности. Это руководство объясняет каждый предел с его типичным порогом, как его решить и когда перейти на радар. Если вы все еще выбираете оборудование, начните с Обзор ультразвукового датчика уровня.
Большинство & #8220; ограничения ультразвуковых датчиков & #8221; статьи перечисляют акустическую теорию. В реальном резервуаре на самом деле имеет значение только несколько эффектов: что находится внутри лучевого пути, как ведет себя поверхность и как изменяется скорость звука с температурой. Секции ниже организованы вокруг этих трех реальностей.
Как работает ультразвуковой датчик уровня — в одном абзаце
Преобразователь запускает всплеск звука и измеряет время, пока эхо не вернется. Расстояние рассчитывается как (скорость звука × время) ÷2, затем преобразуется в уровень с помощью геометрии резервуара. Последуют два последствия. Во-первых, все, что ослабляет или задерживает эхо — пена, пар, конденсация — становится ошибкой измерения, а не просто неприятностью. Во-вторых, поскольку скорость звука изменяется при температуре примерно 0,6 м/с на °C, некомпенсированный датчик дрейфует даже в идеально чистом резервуаре. Более полное лечение акустической стороны доступно в этом случае. Руководство для начинающих & #8217 для передатчиков ультразвукового уровня.
Преобразователь запускает всплеск звука и измеряет время, пока эхо не вернется. Расстояние рассчитывается как (скорость звука × время) ÷2, затем преобразуется в уровень с помощью геометрии резервуара. Последуют два последствия. Во-первых, все, что ослабляет или задерживает эхо — пена, пар, конденсация — становится ошибкой измерения, а не просто неприятностью. Во-вторых, поскольку скорость звука изменяется при температуре примерно 0,6 м/с на °C, некомпенсированный датчик дрейфует даже в идеально чистом резервуаре. Более полное лечение акустической стороны доступно в этом случае. Руководство для начинающих & #8217 для передатчиков ультразвукового уровня.
7 реальных ограничений ультразвуковых датчиков (с решениями)
Вот ограничения, которые меняют вашу установку, а не теоретические:
- Расстояние блуждания — нет надежного измерения в пределах 30–50 см от поверхности преобразователя. Решение: установите датчик так, чтобы самый высокий уровень жидкости оставался ниже расстояния заготовки, или используйте неподвижный колодец для увеличения полезного диапазона.
- Слои пены — пена толще примерно на 2 см поглощает и рассеивает пульс, производя ложные или замороженные показания. Решение: используйте неподвижный колодец для обхода поверхностной пены или перейдите на управляемый радар, который распространяется вдоль зонда.
- Пары и конденсация — капли, образующиеся на поверхности преобразователя, ослабляют сигнал, и эффект растет в теплых, влажных или закрытых резервуарах. Решение: указать нагретый или очищенный воздухом преобразователь или угол датчика для сброса конденсата.
- Температурный дрейф — скорость звука изменяется примерно на 0,6 м/с на °C, поэтому качание на 20 °C может сместить показания примерно на 1%, если датчик не компенсирует. Решение: выберите датчик со встроенной температурной компенсацией и проверьте его на ручное падение при вводе в эксплуатацию.
- Вакуумное обслуживание Звук не может распространяться в вакууме, поэтому ультразвуковое измерение не применимо в вакуумных резервуарах или колоннах. Решение: вместо этого используйте радар (электромагнитный FMCW) или измерение гидростатического давления.
- Покрытие и кристаллизация сред — липкие, масштабирующие или кристаллизующиеся жидкости накапливаются на поверхности преобразователя и влаживают сигнал в течение нескольких недель. Раствор: используйте покрытую или химически устойчивую поверхность или планируйте плановую уборку в рамках технического обслуживания.
- Турбулентность и множественные эхо — агитаторы, каскады и наполняющие потоки создают ложные отголоски и нестабильные показания. Решение: включить фильтры для эхообработки, держать датчик подальше от валов агитатора и использовать неподвижный колодец, где турбулентность тяжелая.
Если ваше приложение попадает на три или более из них, ультразвук обычно является неправильной технологией, а не проблемой настройки.
Ультразвуковой против радара (80 ГГц) против датчиков гидростатического уровня
Используйте эту таблицу для шорт-листа по условиям работы, затем подтвердите против таблицы данных:
| Характеристика | Ультразвуковой | Радар 80 ГГц | гидростатический |
|---|---|---|---|
| Принцип измерения | Звуковое время полета | Электромагнитный FMCW | Давление vs уровень |
| Расстояние блуждания | 30–50 см | ~5 см | Нет |
| Стойкость пены | бедный | Хорошо | Хорошо (мокрый) |
| Вакуумное обслуживание | Нет | Да | Да |
| Уровень цен | Низкий | Средний | Низкий средний |
| Типичная точность | ±0,2-0,5% FS | ±1-2 мм | ±0,51 TP3T FS |
Когда выбрать радар вместо ультразвука
Переключение на радар, когда пена, пар, вакуум, высокая температура или длинный диапазон измерения делают акустический путь ненадежным — это именно те условия, когда ультразвуковая точность рушится, в то время как радар 80 ГГц продолжает работать. просматривать радарные датчики уровня Если два или более из вышеперечисленных ограничений относятся к вашему танку.
Контрольный список установки и обслуживания
- Держите луч чистым от стенок резервуара, лестниц и впускных потоков - стремитесь к прозрачному конусу не менее 5° вокруг оси.
- Гора перпендикулярна поверхности жидкости; наклонный преобразователь сокращает диапазон использования и увеличивает ложные отголоски.
- Зарегистрируйте выход 4-20 мА или RS485 против ручных провалов в течение первой недели, чтобы подтвердить геометрию и смещение заготовки.
- Проверяйте лицо преобразователя ежемесячно в пенообразовании или масштабировании; для сдвига показаний достаточно наращивания на 1 мм.
- Рекордное поведение температурной компенсации сезонно — наружные резервуары могут качаться достаточно, чтобы выставить некомпенсированный блок.
Для передатчиков уровня, используемых в этих условиях, Серия KUS3000 охватывает уровень резервуара и измерение по открытым каналам; акустическое поведение ультразвукового зондирования также суммируется MaxBotix & #8217; сенсорный праймер.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
В: Каково расстояние пробела ультразвукового датчика уровня?
А: Расстояние заготовки обычно составляет 30–50 см от поверхности преобразователя; внутри этой зоны датчик не может отделить передающий импульс от эха, поэтому надежное измерение невозможно.
В: Могут ли ультразвуковые датчики измерять через пену?
А: Только тонкая пена. Слои толще, чем около 2 см, поглощают и рассеивают звуковой импульс и вызывают ложные показания, поэтому вспенивающие резервуары обычно лучше обслуживаются радиолокатором с управляемыми волнами или неподвижным колодцем.
В: Влияет ли температура на измерение ультразвукового уровня?
А: Да — скорость звука изменяется около 0,6 м/с на °C, поэтому некомпенсированный датчик дрейфует с температурой окружающей среды и процесса. Выберите устройство со встроенной температурной компенсацией и проверьте его на ручное падение.
Вопрос: Когда я должен выбрать радар вместо ультразвука?
А: Выберите радар, когда пена, пар, вакуум, высокая температура или большая дальность делают акустический путь ненадежным; радар 80 ГГц обрабатывает эти условия, но стоит больше, чем ультразвуковой эквивалент.
В: Подходит ли ультразвук для вакуумных резервуаров?
А: Нет. Звук нуждается в среде для прохождения, поэтому ультразвуковое измерение не используется в вакуумной службе; вместо этого используйте радиолокационное или гидростатическое измерение давления.
В: Как часто нужно чистить ультразвуковой датчик уровня?
А: В чистом водоснабжении, как правило, достаточно ежегодно. При вспенивании, масштабировании или кристаллизации сред ежемесячно проверяйте — для сдвига показания достаточно наращивания на 1 мм на лицевой стороне преобразователя.
Следующие шаги
Сопоставьте датчик сначала с условиями, а затем с бюджетом. Если ваш резервуар чистый, вентилируемый и выше 1 м, ультразвуковой датчик уровня является экономически эффективным ответом; если доминирует пена, пар, вакуум или дальность, бюджет для радара. Для аналогичного сравнения по всему диапазону см. ультразвуковой датчик уровня выбор или Серия KUS3000.
Ресурсы & Ссылки
Пороги и руководство по установке в этой статье перекрестно проверяются по следующим внешним ссылкам:
- Инструменты Coulton — Руководство для начинающих’ по ультразвуковым передатчикам
- MaxBotix — Как работают ультразвуковые датчики (акустическое поведение и пучок луча)
- Wikipedia — Ультразвуковой преобразователь (конструкция и частотные диапазоны)
- Wikipedia — Скорость звука (Температурная зависимость, используемая для компенсации)
