Az ultrahangos szintérzékelő, más néven ultrahangos folyadékszintmérő, nem-érintkezési szintmérő műszerek. Nagy pontosságuk, egyszerű telepítésük és minimális karbantartási igényük van. Általában különböző tartályokban lévő folyadékszintek, valamint csatornák, medencék, tározók, folyók, tavak és tengerek vízszintjének mérésére használják, valamint határfelületi szinteket és szintkülönbségeket is mérhetnek. Különösen alkalmasak szennyvízbe és korrozív környezetbe. Ha tartályokkal és gátokkal együtt használják nyitott csatornás áramlásmérők kialakítására, akkor az áramlási sebességet is mérni tudják. Ezért egyre szélesebb körben használják őket számos iparágban és területen, például az acéliparban, a petrolkémiában, a vízkezelésben és a vízvédelemben.
Az ultrahangos szintérzékelő mérési elve
A tartály felső részére szerelt ultrahangos szintmérő egy elektronikus egység vezérlése alatt ultrahang impulzussugarat bocsát ki a mért tárgy felé. A hanghullámokat a tárgy felülete visszaveri, a visszavert visszhang egy részét pedig a szonda fogadja, és elektromos jellé alakítja át. Az ultrahanghullám kibocsátásától annak vételéig eltelt idő arányos a szonda és a mérendő tárgy távolságával. Az elektronikus egység érzékeli ezt az időt, és az ismert hangsebesség alapján kiszámítja a mért távolságot. A szonda és a tartály alja közötti távolság mínusz a szonda és a folyadékszint közötti távolság megegyezik a tényleges folyadékszinttel vagy szintmagassággal. Ez arra szolgál, hogy a folyadékszint magasságát 4-20 mA-es áramjellé vagy 1-5 V-os feszültségjellé alakítsa át a kimenethez. Alternatív megoldásként RS485, HART vagy GPRS kommunikáción keresztül továbbítható a vezérlőközpontba. Mivel a hőmérséklet jelentős hatással van a hangsebességre, a műszernek mérnie kell a környezeti hőmérsékletet a hangsebesség korrigálása érdekében.
Az ultrahangos szintmérők előnyei és hátrányai
Más típusú szintmérőkkel összehasonlítva az ultrahangos szintérzékelőknek a következő előnyei vannak:
(1) Érintésmentes mérés: Az ultrahangos jelátalakítót a folyadék felszíne fölé szerelik, és nem érintkezik a mért közeggel. Ez lehetővé teszi a korrozív, viszkózus vagy mérgező folyadékok kényelmes mérését, elkerülve a mért folyadék korrózióját vagy szennyeződését, és kiküszöböli a karbantartási igényeket.
(2) Jó sokoldalúság: A szintmérő képes mérni a folyadékszintet nyitott csatornákban, valamint nagy tárolótartályokban.
Könnyű telepítés és szétszerelés.
(3) Erős alkalmazkodóképesség: Sokféle felhasználási területtel rendelkezik, és nem befolyásolja a közeg sűrűsége, dielektromos állandója vagy vezetőképessége. Nagyon jól alkalmazkodik a mért folyadék fizikai-kémiai tulajdonságaihoz. (4) Alkalmas mérgező, korrozív és nagy viszkozitású folyadékok szintjének mérésére, kiküszöbölve más szintmérők hiányosságait ilyen kemény mérési környezetben.
(5) Szinte nincs mozgó mechanikus alkatrész, nincs kopás, hosszú élettartam és könnyű súly. A jelátalakító belsejében található piezoelektromos elem akusztikus frekvencián rezeg, kis amplitúdóval, hosszú élettartammal és jó stabilitással.
A hátrányok főként a következők: ha a mért folyadék illékony, a folyadék felszíne feletti egyenetlen levegősűrűség nagyobb mérési hibákhoz vezethet; ha a mért folyadék felületén nagy hullámzások vannak, könnyen kaotikus hanghullám-visszaverődést okozhat, ami hibákhoz vezethet. Ezenkívül az ultrahangos szintmérők elkerülhetetlen vakzónákkal rendelkeznek a folyadékszint mérése során, ami megnehezíti a rövid távolságok mérését.
Különbség az integrált és az osztott{0}} típusú ultrahangos szintmérők között
Az integrált ultrahangos szintmérők egyetlen eszközbe integrálják az ultrahangos szondát, a jelfeldolgozó egységet, a kijelzőt stb. Minden mérési és vezérlési funkció ugyanabban a házban történik.
Könnyű telepítés: Kompakt felépítésének köszönhetően csak egy eszközt kell rögzíteni a telepítés során, így nincs szükség bonyolult vezetékezési és telepítési eljárásokra. Átfogó funkcionalitás: Alkalmas zord ipari környezetben, IP66/IP67 védelmi besorolással. Többféle modell is elérhető, például korrózióálló-és robbanásbiztos-típusok.
Egyszerűsített kalibrálás: Az integrált kialakítás leegyszerűsíti és leegyszerűsíti a kalibrálási folyamatot, jellemzően a teljes rendszer kalibrálását igényli több különálló komponens helyett.
Az integrált ultrahangos szintmérőket általában tárolótartályokban, ipari szennyvízkezelésben, kémiai reakcióedényekben és sekély vizű medencékben használják.
Osztott- típusú ultrahangos szintmérők: Az osztott- típusú ultrahangos szintmérők külön szondából és jelfeldolgozó egységből állnak. A szonda a mérési pontra, míg a jelfeldolgozó egység egy vezérlőterembe vagy más, a mérési ponttól távolabbi, kényelmes helyre telepíthető. A kettő kábellel van összekötve.
Erős interferencia-gátló képesség: Ha a szondát és a jelfeldolgozó egységet elválasztják, a jelfeldolgozó egység távol tartható a magas hőmérsékletű, nagy nyomású vagy erős elektromágneses interferenciával rendelkező területektől, ezáltal javítva a mérési pontosságot és megbízhatóságot.
Könnyű kezelhetőség: A jelfeldolgozó egység általában nagyobb kijelzővel és több kezelőfelülettel rendelkezik, amelyek megkönnyítik a kezelők általi beállítást és felügyeletet.
Kiváló alkalmazkodóképesség: Az osztott kialakítás lehetővé teszi, hogy alkalmazkodjon a zord mérési környezetekhez, például magas{0}}hőmérsékletű, korrozív gáz- vagy folyékony környezetekhez. A szonda speciális anyagokból készülhet, hogy ellenálljon ezeknek a feltételeknek.
Az osztott típusú ultrahangos szintmérők alkalmasak nagy tárolótartályokban, összetett folyamatokban, valamint magas-hőmérsékletű vagy erősen korrozív környezetekben történő szintmérésre. Különösen alkalmasak olyan alkalmazásokhoz, amelyek távoli működtetést vagy környezeti interferencia elleni védelmet igényelnek.
Az ultrahangos szintmérők legfontosabb műszaki előírásai
1. Mérési tartomány és holt zóna
A mérési tartomány és a holtzóna az ultrahangos szintmérők két fontos mutatója.
A mérési tartomány azt a maximális tartományt jelenti, amelyet a szintmérő képes mérni, tükrözve a jelátalakító érzékenységét. Más szóval, minél nagyobb a mérési tartomány, annál nagyobb az érzékenység. A legtöbb gyártó sima folyadékfelületre adja meg a mérési tartományt, de a tényleges mérésnél a folyadékszint ingadozása, a felületen lebegő tárgyak, valamint a mért szilárd anyagban lévő por vagy gőz jelenléte mind-mind a névleges értéktől való eltérést okozhatja a mérési tartományban.
A holtzóna, más néven vak zóna az a távolság, amelyet az ultrahangos szintmérő az ultrahangos jelátalakító utórengései miatt nem tud mérni. Például a 30 cm-es holtzóna azt jelenti, hogy ha a folyadék felülete és a szonda közötti távolság kisebb, mint 30 cm, a mérés nem lehetséges. Ezért az azonos mérési tartománnyal rendelkező termékeknél a kisebb holtzóna jobb jelátalakító kialakítást jelez; a beszerelést is megkönnyíti zárt tartályokban vagy rövid mérési tartományú méréseknél.
2. Hőmérséklet és pontosság
A hőmérséklet-tartomány többnyire -20-60 fok. Mivel a legtöbb LCD-kijelzőt használó szintmérő egy bizonyos határértékre korlátozza az LCD-képernyő működési hőmérséklet-tartományát; ennek a tartománynak a túllépése hibás működést okozhat. Ha figyelmen kívül hagyják az LCD-kijelző korlátait, az üzemi hőmérséklet-tartomány általában -40 és 80 fok között van. Normál körülmények között az ultrahangos jelátalakítók működési hőmérséklete ritkán haladja meg a 150 fokot: 150 fok felett könnyen károsíthatja a belsejében lévő piezoelektromos kerámiát, ezért a 150 fok abszolút pusztító hőmérsékletnek tekinthető. Ezenkívül az ultrahangos átalakítók gyártási folyamatában használt egyes anyagok nem működnek hosszabb ideig 100 fok feletti hőmérsékleten; ezért a legtöbb jelátalakító maximális hőmérsékleti határa 100 fok.
Miért vegyük együtt a pontosságot és a hőmérsékletet? Ugyanis levegőben 1 fokos hőmérsékletmérés 0,6 m/s-mal befolyásolja a hangsebességet. 20 fok és 1 atmoszféra mellett a hangsebesség körülbelül 340 m/s. Ezért a számítások szerint a mérési hibára gyakorolt hatás 0,17%; Ha a hőmérséklet mérési hibája meghaladja a 3 fokot, a szintmérési hiba a legtöbb gyártónál meghaladja a 0,5%-os névleges tartományt. A valóságban a 0,5%-os pontosság normál hőmérsékleti és nyomásviszonyokra vonatkozik. Magasabb vagy alacsonyabb hőmérsékleten a mérési pontosság meghaladhatja a 0,5%-ot. A mérési hibák olyan környezetben is növekednek, ahol hőmérsékleti gradiensek vagy gyors hőmérséklet-változások jelentkeznek. Ezenkívül a gáz összetétele befolyásolja a legnagyobb mértékben a mérési pontosságot. Például illékony folyadékok jelenlétében a folyadék párolgása megváltoztatja a levegő összetételét, ami viszont megváltoztatja a gáz hangsebességét, ami végső soron mérési hibákat okoz.
3. Nyomás
Negatív nyomás alatt az ultrahangos mérés általában nem javasolt, mivel az ultrahang terjedése gázon keresztül történik. A negatív nyomás azt jelenti, hogy a belső levegő megritkult. Az ultrahang terjedése ritka levegőben két problémát okoz: egyrészt a hangsebesség megváltozik, ami mérési hibákat okoz; másodszor, a hanghullámok csillapítása növekszik a ritka levegőben, ami csökkenti a mérési tartományt, vagy akár teljesen megakadályozza a mérést.
4. Korrozivitás
A szintmérők korrozivitása elsősorban a szonda anyagát teszteli. Gyengén savas vagy lúgos környezetben elegendő a hagyományos műanyag héj. A politetrafluor-etilén (PTFE) héjak ellenállnak a legtöbb erős savnak és lúgnak. Érdemes megjegyezni, hogy ha a mért anyag erősen korrozív és illékony, akkor a legjobb, ha ragasztót visz fel az áramköri lapra, ha integrált szintmérőt használ. Ennek az az oka, hogy a legtöbb vízálló ház nem gáz-álló; amint gáz belép a berendezésbe, korrodálja az áramköri lapot.
