Какво е ултразвуков сензор за ниво?

Ултразвуковият сензор за ниво, известен още като ултразвукови нивомери за течности, са без{0}}контактни инструменти за измерване на нивото. Те се отличават с висока точност, лесен монтаж и минимална поддръжка. Обикновено използвани за измерване на нивата на течности в различни контейнери, както и на нивата на водата в канали, басейни, резервоари, реки, езера и морета, те могат също така да измерват нивата на интерфейса и разликите в нивата. Те са особено подходящи за отпадъчни води и корозивни среди. Когато се използват заедно с резервоари и преливници за формиране на дебитомери с отворен канал, те могат също да измерват дебита. Поради това те се използват все по-широко в много индустрии и области като стомана, нефтохимия, пречистване на вода и опазване на водата.

Монтиран в горната част на контейнера, ултразвуковият нивомер, под управлението на електронен блок, излъчва лъч от ултразвукови импулси към измервания обект. Звуковите вълни се отразяват от повърхността на обекта и част от отразеното ехо се приема от сондата и се преобразува в електрически сигнал. Времето от излъчването на ултразвуковата вълна до нейното приемане е пропорционално на разстоянието между сондата и измервания обект. Електронният блок отчита това време и изчислява измереното разстояние въз основа на известната скорост на звука. Разстоянието от сондата до дъното на резервоара минус разстоянието от сондата до нивото на течността е равно на действителното ниво на течността или височината на нивото. Това се използва за преобразуване на височината на нивото на течността в 4~20 mA токов сигнал или 1~5 V сигнал за напрежение за изход. Алтернативно, той може да бъде предаден до контролния център чрез RS485, HART или GPRS комуникация. Тъй като температурата има значително влияние върху скоростта на звука, инструментът трябва да измерва температурата на околната среда, за да коригира скоростта на звука.

В сравнение с други видове нивомери, ултразвуковите нивомери имат следните предимства:

(1) Без{1}}контактно измерване: Ултразвуковият преобразувател е инсталиран над повърхността на течността и не влиза в контакт с измерваната среда. Това позволява удобно измерване на корозивни, вискозни или токсични течности, избягвайки корозия или замърсяване от измерваната течност и елиминирайки изискванията за поддръжка.

(2) Добра гъвкавост: Нивомерът може да измерва нивото на течността в отворени канали, както и в големи резервоари за съхранение.

Лесен монтаж и демонтаж.

(3) Силна адаптивност: Има широк спектър от приложения и не се влияе от плътността, диелектричната константа или проводимостта на средата. Той е силно адаптивен към физикохимичните свойства на измерваната течност. (4) Подходящ за измерване на нивото на токсични, корозивни и високо-вискозитетни течности, преодолявайки недостатъците на други нивомери в такива тежки измервателни среди.

(5) Почти никакви движещи се механични части, без износване, дълъг експлоатационен живот и леко тегло. Пиезоелектричният елемент вътре в трансдюсера вибрира на акустични честоти, с малка амплитуда, дълъг живот и добра стабилност.

Недостатъците включват главно: когато измерваната течност е летлива, неравномерната плътност на въздуха над повърхността на течността може да доведе до по-големи грешки в измерването; когато повърхността на измерената течност има големи вълни, тя може лесно да причини хаотични отражения на звукова вълна, което води до грешки. Освен това ултразвуковите нивомери имат неизбежни слепи зони при измерване на нивата на течности, което затруднява измерванията на къси-разстояния.

Интегрираните ултразвукови нивомери интегрират ултразвуковата сонда, модула за обработка на сигнала, дисплея и т.н. в едно устройство. Всички измервателни и контролни функции се извършват в един корпус.

Лесна инсталация: Поради компактната си структура, само едно устройство трябва да бъде фиксирано по време на инсталацията, елиминирайки сложното окабеляване и инсталационни процедури. Изчерпателна функционалност: Подходящ за тежки индустриални среди, със степен на защита до IP66/IP67. Предлагат се множество модели, като устойчиви-на корозия и-взривоустойчиви типове.

Опростено калибриране: Интегрираният дизайн опростява и улеснява процеса на калибриране, като обикновено изисква калибриране на цялата система, а не на множество отделни компоненти.

Интегрираните ултразвукови нивомери обикновено се използват в резервоари за съхранение, пречистване на промишлени отпадъчни води, съдове за химическа реакция и плитки водни басейни.

Разделени ултразвукови нивомери-тип: Разделени{1}}ултразвукови нивомери се състоят от отделна сонда и модул за обработка на сигнала. Сондата се монтира в точката на измерване, докато блокът за обработка на сигнала може да бъде инсталиран в контролна зала или на друго удобно място далеч от точката на измерване. Двете са свързани с кабел.

Силна способност срещу -смущения: С отделяне на сондата и блока за обработка на сигнала, модулът за обработка на сигнали може да се държи далеч от зони с висока температура, високо налягане или силни електромагнитни смущения, като по този начин се подобрява точността и надеждността на измерването.

Лесна работа: Устройството за обработка на сигнала обикновено разполага с по-голям екран и повече работни интерфейси, улесняващи настройките и наблюдението от операторите.

Висока адаптивност: Разделеният дизайн му позволява да се адаптира към сурови среди на измерване, като например висока-температура, корозивни газове или течни среди. Сондата може да бъде направена от специални материали, за да издържи на тези условия.

Ултразвуковите нивомери-тип са подходящи за измерване на ниво в големи резервоари за съхранение, сложни процеси и висока-температура или силно корозивна среда. Те са особено подходящи за приложения, изискващи дистанционно управление или защита от смущения в околната среда.

1. Обхват на измерване и мъртва зона
Диапазонът на измерване и мъртвата зона са два важни показателя на ултразвуковите нивомери.

Диапазонът на измерване представлява максималния диапазон, който нивомерът може да измери, отразявайки чувствителността на трансдюсера. С други думи, колкото по-голям е диапазонът на измерване, толкова по-висока е чувствителността. Повечето производители определят обхвата на измерване за гладка течна повърхност, но при действително измерване, колебания в нивото на течността, плаващи предмети по повърхността и наличието на прах или пара в измервания твърд материал могат да доведат до това обхватът на измерване да падне под номиналната стойност.

Мъртвата зона, известна също като сляпа зона, е разстоянието, което ултразвуковият нивомер не може да измери поради вторичните трусове на ултразвуковия трансдюсер. Например мъртва зона от 30 см означава, че когато разстоянието между повърхността на течността и сондата е по-малко от 30 см, измерването няма да е възможно. Следователно, за продукти със същия диапазон на измерване, по-малка мъртва зона показва по-добър дизайн на преобразувателя; също така улеснява инсталирането при измервания в затворени резервоари или с кратки диапазони на измерване.

2. Температура и точност
Температурният диапазон най-често се определя като -20~60 градуса. Тъй като повечето нивомери, използващи LCD дисплеи, имат работен температурен диапазон, ограничен до определена граница за LCD екрана; превишаването на този диапазон ще доведе до неизправности. Ако се пренебрегнат ограниченията на LCD дисплея, работният температурен диапазон обикновено е от -40 до 80 градуса. При нормални обстоятелства работната температура на ултразвуковите преобразуватели рядко надвишава 150 градуса: надвишаването на 150 градуса може лесно да повреди пиезоелектричната керамика вътре, следователно 150 градуса могат да се считат за абсолютна разрушителна температура. Освен това някои материали, използвани в производствения процес на ултразвукови преобразуватели, не могат да работят продължително време при температури над 100 градуса; следователно максималната температурна граница за повечето преобразуватели е 100 градуса.

Защо да разглеждаме точността и температурата заедно? Тъй като във въздуха грешка при измерване на температурата от 1 градус влияе на скоростта на звука с 0,6 m/s. При 20 градуса и 1 атмосфера скоростта на звука е приблизително 340 m/s. Следователно въздействието върху грешката на измерване се изчислява на 0,17%; ако грешката при измерване на температурата надвишава 3 градуса, грешката при измерване на нивото ще надхвърли номиналния диапазон от 0,5% за повечето производители. В действителност точността от 0,5% е за нормални условия на температура и налягане. При по-високи или по-ниски температури точността на измерване може да надхвърли 0,5%. Грешките в измерването също се увеличават в среди с температурни градиенти или бързи температурни промени. Освен това съставът на газа оказва най-голямо влияние върху точността на измерване. Например, в присъствието на летливи течности, изпарението на течността променя състава на въздуха, което от своя страна променя скоростта на звука на газа, което в крайна сметка причинява грешки в измерването.

3. Натиск
При отрицателно налягане ултразвуковото измерване обикновено не се препоръчва, тъй като разпространението на ултразвука се постига чрез газ. Отрицателното налягане означава, че въздухът вътре е разреден. Разпространението на ултразвука в разреден въздух причинява два проблема: първо, скоростта на звука се променя, което води до грешки в измерването; второ, затихването на звуковата вълна се увеличава в разредения въздух, което води до намален обхват на измерване или дори напълно предотвратява измерването.

4. Корозивност
Корозивността на нивомерите основно тества материала на сондата. В слабо киселинни или алкални среди са достатъчни обикновените пластмасови черупки. Черупките от политетрафлуоретилен (PTFE) могат да издържат на повечето силни киселини и основи. Струва си да се отбележи, че ако измерваното вещество е силно корозивно и летливо, най-добре е да нанесете лепило върху печатната платка, когато използвате интегриран нивомер. Това е така, защото повечето водоустойчиви корпуси не са газоустойчиви; щом газът навлезе в оборудването, той ще корозира печатната платка.