Ultrazvučni senzor nivoa, također poznat kao ultrazvučni mjerači nivoa tekućine, su beskontaktni instrumenti za mjerenje nivoa. Imaju visoku preciznost, jednostavnu instalaciju i minimalno održavanje. Obično se koriste za mjerenje nivoa tečnosti u različitim posudama, kao i nivoa vode u kanalima, bazenima, rezervoarima, rijekama, jezerima i morima, oni također mogu mjeriti nivoe međusklopa i razlike u nivou. Posebno su pogodni za otpadne vode i korozivna okruženja. Kada se koriste u kombinaciji sa rezervoarima i branama za formiranje mjerača protoka otvorenog kanala, oni također mogu mjeriti brzinu protoka. Stoga se sve više koriste u mnogim industrijama i poljima kao što su čelik, petrokemija, tretman vode i zaštita vode.
Princip mjerenja ultrazvučnog senzora nivoa
Instaliran na gornjem dijelu kontejnera, ultrazvučni mjerač nivoa, pod kontrolom elektronske jedinice, emituje snop ultrazvučnih impulsa prema objektu koji se mjeri. Zvučni talasi se reflektuju od površine objekta, a deo reflektovanog eha prima sonda i pretvara u električni signal. Vrijeme od emisije ultrazvučnog talasa do njegovog prijema proporcionalno je udaljenosti između sonde i objekta koji se mjeri. Elektronska jedinica detektuje ovo vrijeme i izračunava izmjerenu udaljenost na osnovu poznate brzine zvuka. Udaljenost od sonde do dna rezervoara umanjena za udaljenost od sonde do nivoa tečnosti jednaka je stvarnom nivou tečnosti ili visini nivoa. Ovo se koristi za pretvaranje visine nivoa tečnosti 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 nivoa
U poređenju s drugim vrstama mjerača nivoa, ultrazvučni senzori nivoa imaju sljedeće prednosti:
(1) Be-beskontaktno mjerenje: Ultrazvučni pretvarač je instaliran iznad površine tečnosti i ne dolazi u kontakt sa mjerenim medijem. Ovo omogućava praktično merenje korozivnih, viskoznih ili toksičnih tečnosti, izbegavajući koroziju ili kontaminaciju izmerenom tečnošću i eliminišući zahteve za održavanjem.
(2) Dobra svestranost: mjerač nivoa može mjeriti nivo tečnosti u otvorenim kanalima, kao iu velikim rezervoarima za skladištenje.
Jednostavna instalacija i demontaža.
(3) Snažna prilagodljivost: ima širok spektar primjena i na njega ne utiču gustina, dielektrična konstanta ili provodljivost medija. Vrlo je prilagodljiv fizičko-hemijskim svojstvima mjerene tekućine. (4) Pogodan za mjerenje nivoa toksičnih, korozivnih i tečnosti visokog{4}}viskoziteta, prevazilazeći nedostatke drugih mjerača nivoa u tako teškim mjernim okruženjima.
(5) Gotovo bez pokretnih mehaničkih dijelova, bez trošenja, dug vijek trajanja i mala težina. Piezoelektrični element unutar pretvarača vibrira na akustičnim frekvencijama, sa malom amplitudom, dugim vijekom trajanja i dobrom stabilnošću.
Nedostaci uglavnom uključuju: kada je mjerena tečnost hlapljiva, neujednačena gustina vazduha iznad površine tečnosti može dovesti do većih grešaka u merenju; kada izmjerena površina tekućine ima velike valove, lako može uzrokovati haotične refleksije zvučnih valova, što rezultira greškama. Uz to, ultrazvučni mjerači nivoa imaju neizbježne slijepe zone prilikom mjerenja nivoa tečnosti, što otežava mjerenje-na kratkim udaljenostima.
Razlika između integrisanih i split{0}} ultrazvučnih mjerača nivoa
Integrisani ultrazvučni mjerači nivoa integriraju ultrazvučnu sondu, jedinicu za obradu signala, zaslon, itd., u jedan uređaj. Sve mjerne i kontrolne funkcije su završene unutar istog kućišta.
Jednostavna instalacija: Zbog svoje kompaktne strukture, samo jedan uređaj treba da se fiksira tokom instalacije, eliminišući složene procedure ožičenja i instalacije. Sveobuhvatna funkcionalnost: Pogodno za oštra industrijska okruženja, sa stepenom zaštite do IP66/IP67. Dostupno je više modela, kao što su tipovi otporni na koroziju-i otporni na eksploziju{4}}.
Pojednostavljena kalibracija: Integrisani dizajn pojednostavljuje i pojednostavljuje proces kalibracije, obično zahtevajući kalibraciju celog sistema, a ne više odvojenih komponenti.
Integrirani ultrazvučni mjerači nivoa se obično koriste u rezervoarima za skladištenje, tretmanu industrijskih otpadnih voda, posudama za hemijsku reakciju i bazenima za plitku vodu.
Ultrazvučni mjerači nivoa podijeljenog-tipa: Ultrazvučni mjerači nivoa podijeljenog- tipa sastoje se od zasebne sonde i jedinice za obradu signala. Sonda se postavlja na mernoj tački, dok se jedinica za obradu signala može instalirati u kontrolnoj sobi ili na drugoj pogodnoj lokaciji udaljenoj od merne tačke. Dva su povezana kablom.
Snažna sposobnost protiv -smetanja: Sa razdvojenim sondom i jedinicom za obradu signala, jedinica za obradu signala se može držati podalje od područja s visokom temperaturom, visokim pritiskom ili jakim elektromagnetnim smetnjama, čime se poboljšava preciznost i pouzdanost mjerenja.
Jednostavan rad: Jedinica za obradu signala obično ima veći ekran i više operativnih interfejsa, olakšavajući prilagođavanja i nadzor od strane operatera.
Visoka prilagodljivost: podijeljeni dizajn omogućava mu da se prilagodi teškim mjernim okruženjima, kao što su visoka-temperatura, korozivni plin ili tečna okruženja. Sonda se može napraviti od posebnih materijala da izdrži ove uslove.
Ultrazvučni mjerači nivoa s podijeljenim-prikladnim su za mjerenje nivoa u velikim rezervoarima za skladištenje, složenim procesima i visoko-temperaturnim ili visoko korozivnim okruženjima. Posebno su pogodni za aplikacije koje zahtijevaju daljinsko upravljanje ili zaštitu od uticaja okoline.
Ključne tehničke specifikacije ultrazvučnih mjerača nivoa
1. Mjerni opseg i mrtva zona
Mjerni opseg i mrtva zona su dva važna indikatora ultrazvučnih mjerača nivoa.
Mjerni opseg predstavlja maksimalni raspon koji mjerač nivoa može izmjeriti, odražavajući osjetljivost sonde. Drugim riječima, što je veći raspon mjerenja, to je veća osjetljivost. Većina proizvođača specificira mjerni opseg za glatku površinu tekućine, ali u stvarnom mjerenju, fluktuacije nivoa tečnosti, plutajući objekti na površini i prisustvo prašine ili pare u izmjerenom čvrstom materijalu mogu uzrokovati da mjerni opseg padne ispod nominalne vrijednosti.
Mrtva zona, također poznata kao slijepa zona, je udaljenost koju ultrazvučni mjerač nivoa ne može izmjeriti zbog naknadnih potresa ultrazvučnog pretvarača. 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 sa istim mjernim opsegom, manja mrtva zona ukazuje na bolji dizajn pretvarača; takođe olakšava instalaciju za merenja u zatvorenim rezervoarima ili sa kratkim mernim opsegom.
2. Temperatura i tačnost
Temperaturni opseg je uglavnom specificiran kao -20~60 stepeni. Budući da većina mjerača nivoa koji koriste LCD ekrane imaju opseg radne temperature ograničen na određenu granicu za LCD ekran; prekoračenje ovog raspona će uzrokovati kvarove. Ako se zanemare ograničenja LCD displeja, opseg radne temperature je generalno -40 do 80 stepeni. U normalnim okolnostima, radna temperatura ultrazvučnih pretvarača rijetko prelazi 150 stupnjeva: prekoračenje od 150 stupnjeva može lako oštetiti piezoelektričnu keramiku unutra, pa se 150 stupnjeva može smatrati apsolutnom destruktivnom temperaturom. Nadalje, neki materijali koji se koriste u procesu proizvodnje ultrazvučnih pretvarača ne mogu raditi duže vrijeme na temperaturama iznad 100 stepeni; stoga je maksimalna temperaturna granica za većinu pretvarača 100 stepeni.
Zašto uzeti u obzir tačnost i temperaturu zajedno? Jer u vazduhu greška merenja temperature od 1 stepena utiče na brzinu zvuka za 0,6 m/s. Pri 20 stepeni i 1 atmosferi, brzina zvuka je približno 340 m/s. Stoga se računa da uticaj na grešku mjerenja iznosi 0,17%; ako greška mjerenja temperature prelazi 3 stepena, greška mjerenja nivoa će premašiti nominalni raspon od 0,5% za većinu proizvođača. U stvarnosti, tačnost od 0,5% je za normalne uslove temperature i pritiska. Na višim ili nižim temperaturama, tačnost mjerenja može premašiti 0,5%. Pogreške mjerenja također se povećavaju u okruženjima s temperaturnim gradijentima ili brzim promjenama temperature. Štaviše, sastav gasa ima najveći uticaj na tačnost merenja. Na primjer, u prisustvu isparljivih tekućina, isparavanje tekućine mijenja sastav zraka, što zauzvrat mijenja brzinu zvuka plina, što na kraju uzrokuje greške u mjerenju.
3. Pritisak
Pod negativnim pritiskom ultrazvučno mjerenje se općenito ne preporučuje jer se ultrazvuk širi putem plina. Negativan pritisak znači da je vazduh unutra razređen. Širenje ultrazvuka u razrijeđenom zraku uzrokuje dva problema: prvo, brzina zvuka se mijenja, što uzrokuje greške u mjerenju; drugo, slabljenje zvučnog talasa se povećava u razređenom vazduhu, što dovodi do smanjenog opsega merenja ili čak potpuno sprečava merenje.
4. Korozivnost
Korozivnost mjerača nivoa 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. Vrijedi napomenuti da ako je supstanca koja se mjeri jako korozivna i isparljiva, najbolje je nanijeti ljepilo na ploču kada koristite integrirani mjerač nivoa. To je zato što većina vodootpornih kućišta nije -otporna na plin; kada plin uđe u opremu, on će korodirati ploču.
