Ultralydnivåsensor, også kjent som ultrasoniske væskenivåmålere, er -berøringsfrie nivåmålingsinstrumenter. De har høy nøyaktighet, enkel installasjon og minimalt vedlikehold. Vanligvis brukt til å måle væskenivåer i forskjellige beholdere, så vel som vannnivåer i kanaler, bassenger, reservoarer, elver, innsjøer og hav, kan de også måle grensesnittnivåer og nivåforskjeller. De er spesielt egnet for avløpsvann og korrosive miljøer. Når de brukes sammen med tanker og overløp for å danne strømningsmålere med åpen kanal, kan de også måle strømningshastigheten. Derfor blir de i økende grad brukt i mange bransjer og felt som stål, petrokjemikalier, vannbehandling og vannbeskyttelse.
Måleprinsipp for ultralydnivåsensor
Installert på den øvre delen av en beholder sender ultralydnivåmåleren, under kontroll av en elektronisk enhet, ut en stråle med ultralydpulser mot objektet som måles. Lydbølgene reflekteres av objektets overflate, og en del av det reflekterte ekkoet mottas av sonden og omdannes til et elektrisk signal. Tiden fra emisjonen av ultralydbølgen til dens mottak er proporsjonal med avstanden mellom sonden og objektet som måles. Den elektroniske enheten registrerer denne tiden og beregner den målte avstanden basert på den kjente lydhastigheten. Avstanden fra sonden til bunnen av tanken minus avstanden fra sonden til væskenivået tilsvarer det faktiske væskenivået eller nivåhøyden. Dette brukes til å konvertere væskenivåhøyden til et 4~20 mA strømsignal eller et 1~5 V spenningssignal for utgang. Alternativt kan den overføres til kontrollsenteret via RS485-, HART- eller GPRS-kommunikasjon. Siden temperatur har en betydelig innvirkning på lydhastigheten, bør instrumentet måle omgivelsestemperaturen for å korrigere for lydhastigheten.
Fordeler og ulemper med ultralydnivåmålere
Sammenlignet med andre typer nivåmålere har ultralydnivåsensorer følgende fordeler:
(1) Ikke-kontaktmåling: Ultralydtransduseren er installert over væskeoverflaten og kommer ikke i kontakt med det målte mediet. Dette muliggjør praktisk måling av etsende, viskøse eller giftige væsker, unngår korrosjon eller kontaminering av den målte væsken og eliminerer vedlikeholdskrav.
(2) God allsidighet: Nivåmåleren kan måle væskenivået i åpne kanaler så vel som i store lagertanker.
Enkel installasjon og demontering.
(3) Sterk tilpasningsevne: Den har et bredt spekter av bruksområder og påvirkes ikke av tettheten, dielektrisitetskonstanten eller konduktiviteten til mediet. Det er svært tilpasningsdyktig til de fysisk-kjemiske egenskapene til den målte væsken. (4) Egnet for å måle nivået av giftige, etsende og høy-viskositetsvæsker, for å overvinne manglene til andre nivåmålere i slike tøffe målemiljøer.
(5) Nesten ingen bevegelige mekaniske deler, ingen slitasje, lang levetid og lav vekt. Det piezoelektriske elementet inne i transduseren vibrerer ved akustiske frekvenser, med liten amplitude, lang levetid og god stabilitet.
Ulemper inkluderer hovedsakelig: når den målte væsken er flyktig, kan ujevn lufttetthet over væskeoverflaten føre til større målefeil; når den målte væskeoverflaten har store bølger, kan det lett forårsake kaotiske lydbølgerefleksjoner, noe som resulterer i feil. I tillegg har ultralydnivåmålere uunngåelige blindsoner ved måling av væskenivåer, noe som gjør kort-avstandsmåling vanskelig.
Forskjellen mellom integrerte og delte-ultralydnivåmålere
Integrerte ultralydnivåmålere integrerer ultralydsonden, signalbehandlingsenheten, skjermen, etc., i én enhet. Alle måle- og kontrollfunksjoner utføres i samme hus.
Enkel installasjon: På grunn av den kompakte strukturen, trenger bare én enhet å fikses under installasjonen, noe som eliminerer komplekse ledninger og installasjonsprosedyrer. Omfattende funksjonalitet: Egnet for tøffe industrielle miljøer, med beskyttelsesklasser opp til IP66/IP67. Flere modeller er tilgjengelige, for eksempel korrosjons-bestandige og eksplosjonssikre-typer.
Forenklet kalibrering: Den integrerte designen forenkler og forenkler kalibreringsprosessen, og krever vanligvis kalibrering av hele systemet i stedet for flere separate komponenter.
Integrerte ultralydnivåmålere brukes ofte i lagringstanker, industriell avløpsvannbehandling, kjemiske reaksjonsbeholdere og gruntvannsbassenger.
Delte-Ultralydnivåmålere: Delte-ultralydnivåmålere består av en separat sonde og signalbehandlingsenhet. Sonden installeres ved målepunktet, mens signalbehandlingsenheten kan installeres i et kontrollrom eller et annet praktisk sted vekk fra målepunktet. De to er koblet sammen med en kabel.
Sterk anti-interferensevne: Med sonden og signalbehandlingsenheten atskilt, kan signalbehandlingsenheten holdes unna områder med høy temperatur, høyt trykk eller sterk elektromagnetisk interferens, og dermed forbedre målenøyaktigheten og påliteligheten.
Enkel betjening: Signalbehandlingsenheten har vanligvis en større skjerm og flere betjeningsgrensesnitt, noe som letter justeringer og overvåking av operatører.
Høy tilpasningsevne: Den delte utformingen gjør det mulig å tilpasse seg tøffe målemiljøer, for eksempel høye-temperaturer, etsende gass- eller væskemiljøer. Sonden kan være laget av spesielle materialer for å tåle disse forholdene.
Delte-ultralydnivåmålere er egnet for nivåmåling i store lagertanker, komplekse prosesser og høye-temperaturer eller svært korrosive miljøer. De er spesielt egnet for applikasjoner som krever fjernbetjening eller beskyttelse mot miljøpåvirkning.
Nøkkeltekniske spesifikasjoner for ultralydnivåmålere
1. Måleområde og dødsone
Måleområde og dødsone er to viktige indikatorer på ultralydnivåmålere.
Måleområdet representerer det maksimale området som nivåmåleren kan måle, og reflekterer transduserens følsomhet. Med andre ord, jo større måleområde, jo høyere følsomhet. De fleste produsenter spesifiserer måleområdet for en jevn væskeoverflate, men i faktisk måling kan væskenivåsvingninger, flytende gjenstander på overflaten og tilstedeværelsen av støv eller damp i det målte faste materialet alle føre til at måleområdet kommer under den nominelle verdien.
Dødsonen, også kjent som blindsonen, er avstanden som ultralydnivåmåleren ikke kan måle på grunn av etterskjelvene til ultralydsvingeren. For eksempel betyr en dødsone på 30 cm at når avstanden mellom væskeoverflaten og sonden er mindre enn 30 cm, vil måling ikke være mulig. Derfor, for produkter med samme måleområde, indikerer en mindre dødsone en bedre transduserdesign; det gjør også installasjonen enklere for målinger i lukkede tanker eller med korte måleområder.
2. Temperatur og nøyaktighet
Temperaturområdet er for det meste spesifisert som -20 ~ 60 grader. Fordi de fleste nivåmålere som bruker LCD-skjermer har et driftstemperaturområde begrenset til en viss grense for LCD-skjermen; overskridelse av dette området vil føre til funksjonsfeil. Hvis begrensningene til LCD-skjermen ses bort fra, er driftstemperaturområdet vanligvis -40 til 80 grader. Under normale omstendigheter overstiger driftstemperaturen til ultralydtransdusere sjelden 150 grader: over 150 grader kan lett skade den piezoelektriske keramikken inne, derfor kan 150 grader betraktes som en absolutt destruktiv temperatur. Videre kan enkelte materialer som brukes i produksjonsprosessen til ultralydsvingere ikke fungere i lengre perioder ved temperaturer over 100 grader; derfor er den maksimale temperaturgrensen for de fleste transdusere 100 grader.
Hvorfor vurdere nøyaktighet og temperatur sammen? For i luft påvirker en temperaturmålefeil på 1 grad lydhastigheten med 0,6 m/s. Ved 20 grader og 1 atmosfære er lydhastigheten omtrent 340 m/s. Derfor er påvirkningen på målefeil beregnet til 0,17 %; hvis temperaturmålefeilen overstiger 3 grader, vil nivåmålingsfeilen overstige det nominelle området på 0,5 % for de fleste produsenter. I virkeligheten er 0,5 % nøyaktighet for normale temperatur- og trykkforhold. Ved høyere eller lavere temperaturer kan målenøyaktigheten overstige 0,5 %. Målefeil øker også i miljøer med temperaturgradienter eller raske temperaturendringer. Videre har gasssammensetningen størst innvirkning på målenøyaktigheten. For eksempel, i nærvær av flyktige væsker, endrer fordampningen av væsken luftsammensetningen, som igjen endrer gassens lydhastighet, og til slutt forårsaker målefeil.
3. Press
Under negativt trykk anbefales vanligvis ikke ultralydmåling fordi ultralydspredning oppnås gjennom gass. Negativt trykk betyr at luften inni er forseldet. Ultralydutbredelse i sjeldne luft forårsaker to problemer: For det første endres lydhastigheten, noe som forårsaker målefeil; for det andre øker lydbølgedempingen i foreldet luft, noe som fører til redusert måleområde eller til og med forhindrer måling helt.
4. Korrosivitet
Korrosiviteten til nivåmålere tester først og fremst materialet til sonden. I svakt sure eller alkaliske miljøer er vanlige plastskall tilstrekkelig. Polytetrafluoretylen (PTFE) skall tåler de fleste sterke syrer og alkalier. Det er verdt å merke seg at hvis stoffet som måles er svært etsende og flyktig, er det best å påføre lim på kretskortet når du bruker en integrert nivåmåler. Dette er fordi de fleste vanntette hus ikke er gass-tette; når gass kommer inn i utstyret, vil det korrodere kretskortet.
