Ultrazvučni senzor razine, poznat i kao ultrazvučni mjerač razine tekućine, be-su instrumenti za mjerenje razine. Odlikuje ih visoka točnost, jednostavna ugradnja i minimalno održavanje. Obično se koriste za mjerenje razina tekućina u raznim spremnicima, kao i razina vode u kanalima, bazenima, rezervoarima, rijekama, jezerima i morima, a također mogu mjeriti razine sučelja i razlike u razini. Posebno su prikladni za otpadne vode i korozivna okruženja. Kada se koriste u kombinaciji sa spremnicima i branama za formiranje mjerača protoka otvorenog kanala, oni također mogu mjeriti brzinu protoka. Stoga se sve više koriste u mnogim industrijama i područjima kao što su čelik, petrokemija, obrada vode i očuvanje vode.
Princip mjerenja ultrazvučnog senzora razine
Postavljen na gornji dio spremnika, ultrazvučni mjerač razine, pod kontrolom elektroničke jedinice, emitira snop ultrazvučnih impulsa prema objektu koji se mjeri. Zvučni valovi se odbijaju od površine objekta, a dio reflektirane jeke prima sonda i pretvara ga u električni signal. Vrijeme od emisije ultrazvučnog vala do njegovog prijema proporcionalno je udaljenosti između sonde i objekta koji se mjeri. Elektronička jedinica detektira to vrijeme i izračunava izmjerenu udaljenost na temelju poznate brzine zvuka. Udaljenost od sonde do dna spremnika minus udaljenost od sonde do razine tekućine jednaka je stvarnoj razini tekućine ili visini razine. Ovo se koristi za pretvaranje visine razine tekućine u strujni signal od 4~20 mA ili naponski signal od 1~5 V za izlaz. Alternativno, može se prenijeti u kontrolni centar putem RS485, HART ili GPRS komunikacije. Budući da temperatura ima značajan utjecaj na brzinu zvuka, instrument bi trebao mjeriti temperaturu okoline kako bi ispravio brzinu zvuka.
Prednosti i nedostaci ultrazvučnih mjerača razine
U usporedbi s drugim vrstama mjerača razine, ultrazvučni senzori razine imaju sljedeće prednosti:
(1) Mjerenje bez-kontakta: ultrazvučni pretvarač instaliran je iznad površine tekućine i ne dolazi u kontakt s izmjerenim medijem. Ovo omogućuje praktično mjerenje korozivnih, viskoznih ili otrovnih tekućina, izbjegavajući koroziju ili kontaminaciju mjerenom tekućinom i eliminirajući zahtjeve za održavanjem.
(2) Dobra svestranost: mjerač razine može mjeriti razinu tekućine u otvorenim kanalima kao iu velikim spremnicima.
Jednostavna montaža i demontaža.
(3) Snažna prilagodljivost: ima širok raspon primjena i na njega ne utječu gustoća, dielektrična konstanta ili vodljivost medija. Vrlo je prilagodljiv fizikalno-kemijskim svojstvima mjerene tekućine. (4) Prikladno za mjerenje razine otrovnih, korozivnih i visoko-viskoznih tekućina, prevladavajući nedostatke drugih mjerača razine u tako teškim mjernim okruženjima.
(5) Gotovo bez pokretnih mehaničkih dijelova, bez trošenja, dug radni vijek i mala težina. Piezoelektrični element unutar pretvornika vibrira na akustičnim frekvencijama, s malom amplitudom, dugim vijekom trajanja i dobrom stabilnošću.
Nedostaci uglavnom uključuju: kada je mjerena tekućina hlapljiva, nejednaka gustoća zraka iznad površine tekućine može dovesti do većih pogrešaka mjerenja; kada mjerena površina tekućine ima velike valovitosti, može lako uzrokovati kaotičnu refleksiju zvučnog vala, što rezultira pogreškama. Osim toga, ultrazvučni mjerači razine imaju neizbježne slijepe zone pri mjerenju razine tekućina, što otežava mjerenje na malim-udaljenostima.
Razlika između integriranog i ultrazvučnog-tipa mjerača razine
Integrirani ultrazvučni mjerači razine integriraju ultrazvučnu sondu, jedinicu za obradu signala, zaslon itd. u jedan uređaj. Sve funkcije mjerenja i upravljanja obavljaju se unutar istog kućišta.
Jednostavna instalacija: Zbog svoje kompaktne strukture, potrebno je fiksirati samo jedan uređaj tijekom instalacije, čime se eliminiraju složeni postupci ožičenja i instalacije. Sveobuhvatna funkcionalnost: Prikladno za oštra industrijska okruženja, s ocjenama zaštite do IP66/IP67. Dostupno je više modela, kao što su tipovi otporni-na koroziju i-eksploziju.
Pojednostavljena kalibracija: integrirani dizajn pojednostavljuje i pojednostavljuje proces kalibracije, obično zahtijeva kalibraciju cijelog sustava, a ne više zasebnih komponenti.
Integrirani ultrazvučni mjerači razine obično se koriste u spremnicima za skladištenje, industrijskom tretmanu otpadnih voda, posudama za kemijske reakcije i plitkim vodenim bazenima.
Ultrazvučni mjerači razine-razdijeljenog tipa: ultrazvučni mjerači razine-razdijeljenog tipa sastoje se od zasebne sonde i jedinice za obradu signala. Sonda se postavlja na mjernu točku, dok se jedinica za obradu signala može instalirati u kontrolnoj sobi ili na drugom prikladnom mjestu dalje od mjerne točke. Njih dvoje su povezani kablom.
Sposobnost snažne zaštite od -smetnji: s odvojenom sondom i jedinicom za obradu signala, jedinica za obradu signala može se držati podalje od područja s visokom temperaturom, visokim tlakom ili jakim elektromagnetskim smetnjama, čime se poboljšava točnost i pouzdanost mjerenja.
Jednostavan rad: Jedinica za obradu signala obično ima veći zaslon i više radnih sučelja, olakšavajući podešavanja i nadzor od strane operatera.
Visoka prilagodljivost: podijeljeni dizajn omogućuje prilagodbu oštrim mjernim okruženjima, kao što su visoka-temperatura, korozivni plinovi ili tekući okoliši. Sonda može biti izrađena od posebnih materijala kako bi izdržala ove uvjete.
Ultrazvučni mjerači razine-razdijeljenog tipa prikladni su za mjerenje razine u velikim spremnicima za skladištenje, složenim procesima i okruženjima visoke-temperature ili visoko korozivnim okruženjima. Posebno su prikladni za aplikacije koje zahtijevaju daljinsko upravljanje ili zaštitu od utjecaja okoline.
Ključne tehničke specifikacije ultrazvučnih mjerača razine
1. Mjerni raspon i mrtva zona
Mjerni raspon i mrtva zona dva su važna pokazatelja ultrazvučnih mjerača razine.
Mjerni raspon predstavlja najveći raspon koji mjerač razine može mjeriti, odražavajući osjetljivost sonde. Drugim riječima, što je veći raspon mjerenja, to je veća osjetljivost. Većina proizvođača specificira mjerni raspon za glatku površinu tekućine, ali u stvarnom mjerenju, fluktuacije razine tekućine, plutajući objekti na površini i prisutnost prašine ili pare u izmjerenom čvrstom materijalu mogu uzrokovati da mjerni raspon padne ispod nominalne vrijednosti.
Mrtva zona, poznata i kao slijepa zona, udaljenost je koju ultrazvučni mjerač razine ne može izmjeriti zbog naknadnih potresa ultrazvučne sonde. Na primjer, mrtva zona od 30 cm znači da kada je udaljenost između površine tekućine i sonde manja od 30 cm, mjerenje neće biti moguće. Stoga, za proizvode s istim mjernim rasponom, manja mrtva zona ukazuje na bolji dizajn sonde; također olakšava instalaciju za mjerenja u zatvorenim spremnicima ili s kratkim rasponima mjerenja.
2. Temperatura i točnost
Temperaturni raspon je uglavnom specificiran kao -20~60 stupnjeva. Budući da većina mjerača razine koji koriste LCD zaslone imaju raspon radne temperature ograničen na određenu granicu za LCD zaslon; prekoračenje ovog raspona uzrokovat će kvarove. Ako se zanemaruju ograničenja LCD zaslona, raspon radne temperature općenito je od -40 do 80 stupnjeva. Pod normalnim okolnostima, radna temperatura ultrazvučnih sondi rijetko prelazi 150 stupnjeva: prekoračenje od 150 stupnjeva može lako oštetiti piezoelektričnu keramiku iznutra, stoga se 150 stupnjeva može smatrati apsolutno destruktivnom temperaturom. Nadalje, neki materijali korišteni u procesu proizvodnje ultrazvučnih sondi ne mogu raditi dulje vrijeme na temperaturama iznad 100 stupnjeva; stoga je maksimalno ograničenje temperature za većinu sondi 100 stupnjeva.
Zašto razmatrati točnost i temperaturu zajedno? Budući da u zraku pogreška mjerenja temperature od 1 stupnja utječe na brzinu zvuka za 0,6 m/s. Na 20 stupnjeva i 1 atmosferi, brzina zvuka je približno 340 m/s. Stoga je utjecaj na pogrešku mjerenja izračunat na 0,17%; ako pogreška mjerenja temperature premaši 3 stupnja, pogreška mjerenja razine premašit će nominalni raspon od 0,5% za većinu proizvođača. U stvarnosti, točnost od 0,5% je za normalne uvjete temperature i tlaka. Pri višim ili nižim temperaturama, točnost mjerenja može premašiti 0,5%. Pogreške mjerenja također se povećavaju u okruženjima s temperaturnim gradijentima ili brzim promjenama temperature. Nadalje, sastav plina ima najveći utjecaj na točnost mjerenja. Na primjer, u prisutnosti hlapljivih tekućina, isparavanje tekućine mijenja sastav zraka, što zauzvrat mijenja brzinu zvuka plina, što u konačnici uzrokuje pogreške u mjerenju.
3. Pritisak
Pod negativnim tlakom, ultrazvučno mjerenje općenito se ne preporučuje jer se ultrazvuk širi kroz plin. Negativni tlak znači da je zrak unutra razrijeđen. Širenje ultrazvuka u razrijeđenom zraku uzrokuje dva problema: prvo, mijenja se brzina zvuka, uzrokujući pogreške u mjerenju; drugo, prigušenje zvučnog vala povećava se u razrijeđenom zraku, što dovodi do smanjenog raspona mjerenja ili čak potpunog sprječavanja mjerenja.
4. Korozivnost
Korozivnost mjerača razine prvenstveno ispituje materijal sonde. U slabo kiselim ili alkalnim sredinama dovoljne su obične plastične školjke. Školjke od politetrafluoroetilena (PTFE) mogu izdržati većinu jakih kiselina i lužina. Vrijedno je napomenuti da ako je tvar koja se mjeri vrlo korozivna i hlapljiva, najbolje je nanijeti ljepilo na tiskanu ploču kada koristite integrirani mjerač razine. To je zato što većina vodootpornih kućišta nije-otporna na plin; kada plin uđe u opremu, nagrizat će ploču.
