Ультразвуковой уровнемер принцип действия. Ультразвуковой уровнемер: принцип работы, типы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работает ультразвуковой уровнемер. Какие бывают виды ультразвуковых уровнемеров. Для чего применяются ультразвуковые уровнемеры в промышленности. Каковы преимущества и недостатки ультразвуковых уровнемеров.

Содержание

Принцип работы ультразвукового уровнемера

Ультразвуковой уровнемер — это прибор для бесконтактного измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов. Принцип его работы основан на измерении времени прохождения ультразвукового импульса от излучателя до поверхности измеряемой среды и обратно.

Основные элементы ультразвукового уровнемера:

Ультразвуковой преобразователь (излучатель и приемник)
Электронный блок обработки сигнала
Дисплей для индикации измеренного уровня

Алгоритм работы ультразвукового уровнемера:

Излучатель генерирует короткий ультразвуковой импульс
Импульс отражается от поверхности измеряемой среды
Отраженный импульс регистрируется приемником
Электронный блок измеряет время прохождения импульса

Рассчитывается расстояние до поверхности и уровень заполнения

Зная скорость распространения ультразвука в среде и время прохождения импульса, можно точно рассчитать расстояние до поверхности и, соответственно, уровень заполнения резервуара.

Основные типы ультразвуковых уровнемеров

По конструкции и принципу измерения выделяют следующие основные типы ультразвуковых уровнемеров:

1. Импульсные уровнемеры

Работают на принципе измерения времени прохождения короткого ультразвукового импульса. Это наиболее распространенный тип.

2. Уровнемеры с непрерывным излучением

Используют непрерывное излучение ультразвука и анализ отраженного сигнала. Применяются для измерения уровня сыпучих материалов.

3. Доплеровские уровнемеры

Основаны на эффекте Доплера — изменении частоты отраженного сигнала при движении поверхности. Используются для контроля уровня жидкостей в емкостях с мешалками.

Области применения ультразвуковых уровнемеров

Ультразвуковые уровнемеры широко применяются в различных отраслях промышленности для измерения уровня:

Жидкостей (вода, нефтепродукты, химические реагенты)
Сыпучих материалов (зерно, песок, цемент)
Вязких и пастообразных продуктов
Сжиженных газов

Основные сферы применения:

Нефтегазовая промышленность
Химическая промышленность
Пищевая промышленность
Водоснабжение и водоотведение
Фармацевтика
Энергетика

Преимущества ультразвуковых уровнемеров

Ультразвуковые уровнемеры обладают рядом важных преимуществ:

Бесконтактное измерение (не требуется физический контакт с измеряемой средой)
Универсальность (подходят для различных жидкостей и сыпучих материалов)
Высокая точность измерений (погрешность 0,25-1%)
Отсутствие подвижных частей (высокая надежность)

Нечувствительность к физическим свойствам среды (плотность, вязкость)
Простота монтажа и обслуживания

Недостатки и ограничения ультразвуковых уровнемеров

При всех достоинствах, ультразвуковые уровнемеры имеют некоторые недостатки:

Чувствительность к температуре окружающей среды
Возможность ложных отражений от внутренних конструкций резервуара
Сложность применения в емкостях с пеной на поверхности жидкости
Ограничения по максимальному измеряемому расстоянию (обычно до 30-50 м)
Необходимость калибровки для конкретных условий применения

Как выбрать ультразвуковой уровнемер?

При выборе ультразвукового уровнемера следует учитывать следующие факторы:

Тип и свойства измеряемой среды (жидкость, сыпучий материал)
Диапазон измерения уровня
Требуемая точность измерений
Условия эксплуатации (температура, давление, агрессивность среды)
Наличие турбулентности, пены или пара в резервуаре
Конструкция резервуара (форма, внутренние элементы)
Требования к выходным сигналам и интерфейсам

Правильный выбор ультразвукового уровнемера позволит обеспечить надежное и точное измерение уровня в конкретных условиях применения.

Современные тенденции в развитии ультразвуковых уровнемеров

Ультразвуковые уровнемеры постоянно совершенствуются. Основные направления развития:

Повышение точности измерений
Расширение диапазона измерения
Улучшение помехозащищенности
Интеграция с системами автоматизации
Применение беспроводных технологий
Использование самодиагностики и предиктивного обслуживания

Современные ультразвуковые уровнемеры становятся все более интеллектуальными устройствами, способными не только измерять уровень, но и анализировать состояние измеряемой среды и самого прибора.

Сравнение ультразвуковых уровнемеров с другими типами

Как выбрать оптимальный тип уровнемера для конкретной задачи? Сравним ультразвуковые уровнемеры с другими распространенными типами:

Тип уровнемера	Преимущества	Недостатки
Ультразвуковой	— Бесконтактное измерение — Универсальность — Простота монтажа	— Чувствительность к температуре — Сложности при наличии пены
Радарный	— Высокая точность — Нечувствительность к пару и пыли	— Высокая стоимость — Сложность настройки
Емкостной	— Простота конструкции — Низкая стоимость	— Контактное измерение — Зависимость от свойств среды

Выбор типа уровнемера зависит от конкретных условий применения и требований к измерениям.

Заключение

Ультразвуковые уровнемеры являются эффективным и надежным средством измерения уровня различных сред в промышленности. Они обладают рядом важных преимуществ, таких как бесконтактное измерение, универсальность и простота эксплуатации. При правильном выборе и настройке ультразвуковые уровнемеры способны обеспечить высокую точность измерений в широком диапазоне применений.

Постоянное совершенствование технологий и появление новых «умных» моделей делает ультразвуковые уровнемеры все более привлекательным решением для автоматизации технологических процессов и повышения эффективности производства.

Принцип работы ультразвукового преобразователя EasyTREK для жидкостей

Принцип действия EasyTREK является наиболее распространенным среди ультразвуковых преобразователей. Устройство должно устанавливаться в верхней точке резервуара. При этом должно соблюдаться условие параллельности прибора по отношению к поверхности измеряемой жидкости. Сам по себе ультразвуковой принцип работы предполагает измерение без физического соприкосновения прибора с измеряемой средой. Измерение происходит посредством обработки испускаемого сигнала. Прибор выдает ультразвуковой импульс, движущийся в направлении измеряемой среды. Этот импульс отражается от поверхности продукта и возвращается обратно к измерителю уровня. Электроника прибора рассчитывает уровень по измеренным и известным величинам. К последним величинам относится время распространения сигнала, а также геометрические размеры емкости. К первым же относится замеренное время распространения импульса. Используется стандартная формула:

LEV=H – DIST

DIST=¹/₂V_st, где

V_s – скорость выданного импульса,
t – время прохождения выданного импульса.

Ультразвуковые устройства обладают рядом характеристик, влияющих на способность работать в тех или иных условиях. Например, важный параметр – конусность излучения. Само по себе излучение являет вовсе не прямонаправленный столб, а скорее «воронку». Чем ниже угол конусности, тем лучше способность прибора к работе в узких резервуарах, потому что для корректной работы сигнал не должен отражаться от чего-либо еще, кроме непосредственно продукта.

Такие приборы также имеют ограничения в виде минимально измеряемого расстояния (мертвой зоны) и максимального расстояния. Эти ограничения накладываются в зависимости от конкретной конструкции прибора. В некоторых случаях рекомендуется программно корректировать мертвую зону.

Также как и EchoTREK, EasyTREK выполняет задачи по измерению расхода воды или иной жидкости в открытых каналах. Для такой задачи дополнительно используется гидротехническое сооружение, называемое лотком-расходомером. К таковым можно отнести, например, лоток Паршалла, применение которого оптимально для упомянутых уровнемеров.

Подробнее об этом методе рассказано здесь и в документации на приборы. Электроника и программное обеспечение приборов способно работать и со множеством других типов лотков. К примеру – лотков Пальмер-Боулюса, трапециевидных типов, прямоугольных типов, лотков Хафаги-Вентури.

При использовании в приложениях по измерению расхода прибор рекомендуется располагать как можно ближе к измеряемой среде. Также электроника может рассчитывать объем и вес продукта.

Ультразвуковой уровнемер EasyTREK осуществляет оценку расхода и уровня жидкости бесконтактным способом. Данный метод работы EasyTREK дает возможность применения с агрессивными, коррозионными средами, а также сделать конструкцию компактной.

Диагностика EasyTREK

Прибор не располагает средствами визуального контроля, такими, как например дисплейный модуль. Практически вся диагностика и считывание данных ведется по промышленным цифровым протоколам. Однако доступны еще два средства, где может быть отмечена диагностика:

Релейный выход (в качестве сигнализации)
Аналоговый выход 4…20 мА

Уровнемер ультразвуковой радарные поплавковые, микроволновой скважинные гидростатические.

Уровнемеры

Вы находитесь в информационном каталоге нашего сайта, где представлена техническая информация общего характера. Для знакомства и поиска необходимой продукции перейдите на главную страницу или нажмите на данную ссылку для перехода в раздел уровнемеры.
Уровнемер — это прибор, предназначенный для определения уровня содержимого в открытых и закрытых резервуарах и хранилищах. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей, в том числе газообразующие, сыпучие и другие материалы. Уровнемеры иногда называют датчиками/сигнализаторами уровня, преобразователями уровня. Тем не менее, главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня — возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения.

В промышленном производстве в настоящее время существует ряд разнообразных технических средств, позволяющих решить задачу измерения и контроля уровня. Средства измерения уровня воплощают разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. К наиболее распространенным методам измерения уровня, которые позволяют преобразовывать значение уровня в электрическую величину и передавать её значение в системы автоматических систем управления относятся:
— контактные методы: поплавковый, емкостный, гидростатический, буйковый;
— бесконтактные методы: зондирование звуком, зондирование электромагнитным излучением, зондирование радиационным излучением.

С развитием измерительной техники каждый из методов приобретает характерный набор своих технических реализаций, которые в каждом конкретном случае имеют и преимущества, и недостатки. По принципу действия уровнемеры для жидкостей разделяются на механические, гидростатические, электрические, акустические, микроволновые и рефлексные.

При измерении уровня в сложных условиях (пыль, камни, большой угол откоса сыпучего материала) используются, как правило, лазерные уровнемеры, которые безопасны для глаз и обеспечивают отсутствие ложных отраженных сигналов.

Механические
Механические уровнемеры бывают поплавковые, с чувствительным элементом (поплавком), плавающим на поверхности жидкости, и буйковые, действие которых основано на измерении выталкивающей силы, действующей на буёк. Перемещение поплавка или буйка через механические связи или систему дистанционной (электрической или пневматической) передачи сообщается измерительной системе прибора. Измерение уровня гидростатическими уровнемерами основано на уравновешивании давления столба жидкости в резервуаре давлением столба жидкости, заполняющей измерительный прибор, или реакцией пружинного механизма прибора.
Поплавковые
Уровнемер поплавковый предназначен для выдачи электрического дискретного сигнала об уровне жидкости и уровне раздела двух несмешивающихся жидкостей в аппаратах и резервуарах технологических установок. В поплавковых уровнемерах имеется плавающий на поверхности жидкости поплавок, в результате чего измеряемый уровень преобразуется в перемещение поплавка. В таких приборах используется легкий поплавок, изготовленный из коррозионно-стойкого материала. Показывающее устройство прибора соединено с поплавком тросом или с помощью рычагов. Поплавковыми уровнемерами можно измерять уровень жидкости в открытых емкостях.
Буйковые
Уровнемеры буйковые — регуляторы буйковые пневматические предназначены для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров производственных технологических процессов с целью выдачи информации в виде стандартного пневматического сигнала об уровне жидкости или границы раздела двух несмешивающихся жидкостей, находящихся под вакуумметрическим, атмосферным или избыточным давлением. В буйковых уровнемерах применяется неподвижный погруженный в жидкость буек. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной буйком. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, то есть от уровня в емкости. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная. В буйковых уровнемерах буек передает усилие на рычаг промежуточного преобразователя. Выходной сигнал первого уровнемера — унифицированный пневматический, второго — унифицированный электрический сигнал (постоянный ток). Принцип действия буйковых уровнемеров позволяет в широких пределах изменять их диапазон измерения. Это достигается как заменой буйка, так и изменением передаточного отношения рычажного механизма промежуточного преобразователя.
Гидростатические
Гидростатический способ измерения уровня основан на том, что в жидкости существует гидростатическое давление, пропорциональное глубине, то есть расстоянию от поверхности жидкости. Поэтому для измерения уровня гидростатическим способом могут быть использованы приборы для измерения давления или перепада давлений. В качестве таких приборов обычно применяют дифференциальные манометры. При включении дифференциального манометра перепад давлений на нем будет равен гидростатическому давлению жидкости, которое пропорционально измеряемому уровню. При измерении уровня агрессивных жидкостей дифференциальный манометр защищается разделительными сосудами или мембранными разделителями, что позволяет заполнить его камеры и трубки неагрессивной жидкостью. При измерении уровня суспензий и шламов, осадки которых могут забивать импульсные трубки дифференциальных манометров, их непрерывно продувают сжатым воздухом. Импульсные трубки все время заполнены продуваемым воздухом. При небольшом расходе воздуха его давление в минусовой камере оказывается равным давлению над жидкостью в емкости, а в плюсовой — давлению в жидкости. Поэтому перепад давлений в дифференциальном манометре будет равен гидростатическому давлению жидкости и, следовательно, пропорционален измеряемому уровню.
Гидростатические уровнемеры — ближайшие родственники датчиков давления. Они дешевы и просты по конструкции, но имеют ограниченное применение из-за относительно низкой точности, сложности применения (монтаж на днище резервуара, требуется постоянная плотность измеряемого объекта, только для спокойных объектов/процессов). Постоянный контакт с измеряемым объектом так же накладывает свои ограничения. Скважинные уровнемеры являются разновидностью гидростатических уровнемеров.
Электрические
Принцип действия электрических уровнемеров основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. При этом жидкости, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектрика¬ми; газы же, находящиеся в нежидкостном пространстве, всегда диэлек¬трики. Основным параметром, определяющим электрические свойства проводников, является их электропроводность, а диэлектриков — относительная диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз по сравнению с вакуумом уменьшается в данном веществе сила взаимодействия между электрическими зарядами. В зависимости от того, какой выходной параметр (сопротивление, емкость или индуктивность) первичного преобразователя «реагирует» на изменение уровня, электрические уровнемеры подразделяются на такие виды: кондуктометрические, емкостные и вибрационные.

Ёмкостные
Уровнемер емкостный обеспечивает измерение текущего уровня и сигнализацию двух перестраиваемых предельных уровней воды, молока, пива, щелочи, кислот, нефти и нефтепродуктов, зерна и продуктов его размола, сахара, цемента, песка, извести, а также других жидких и сыпучих сред, в том числе в емкостях, находящихся под избыточным давлением. Работа таких уровнемеров основана на различии диэлектрической проницаемости жидкостей и воздуха. Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод (металлический стержень или провод), расположенный в вертикальной металлической трубке. Стержень вместе с трубой образуют конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости. Принцип действия уровнемера емкостного следующий: при заполнении или опорожнении резервуара электрическая емкость расположенного в уровнемере чувствительного элемента изменяется пропорционально уровню погружения в контролируемую среду. Это изменение емкости преобразуется электронной схемой в сигнал постоянного тока, который затем используется для местных показаний, для двух установок сигнализации и для передачи на другие устройства.

Кондуктометрические
Действие кондуктометрического уровнемера основано на измерении сопротивления между электродами, помещенными в измеряемую среду (одним из электродов может быть стенка резервуара или аппарата). Кондуктометрические уровнемеры (уровнемеры сопротивления) применяются для измерения уровня проводящих жидкостей (в том чис¬ле, и жидких металлов). Первичный преобразователь кондуктометрического уровнемера представляет собой два электрода, глубина погружения которых в жидкость и определяет текущее значение ее уров¬ня. Выходным параметром преобразователя является его сопротивление или проводимость. При измерении уровня „сверхпроводящих» жидкос¬тей (например, жидких металлов) возможно применение кондуктометрических уровнемеров с одним электродом, роль второго электрода при этом выполняет заземленный сосуд.
Основные факторы, ограничивающие точность кондуктометрических уровнемеров — непостоянство площадей поперечных сечений электродов и вследствие этого непостоянство удельных сопротивлений по длине электродов, а также образование на электродах пленки (окисла или соли) с высоким удельным сопротивлением, что приводит к резкому неконтролируемому снижению чувствительности датчика.
Кроме того, на точность кондуктометрических уровнемеров существенное влияние оказывает изменение электропроводности рабочей жид¬кости, поляризация среды вблизи электродов. Вследствие этого погрешности кондуктометрических методов изме¬рения уровня (даже при использовании различных компенсационных схем) достаточно высоки (5—10 %), поэтому они находят преимущест¬венное применение в качестве сигнализаторов уровня проводящих жид¬костей.
Вибрационные Вибрационные сигнализаторы уровня применяются для измерения граничных значений жидкостей. Модульная конструкция приборов позволяет использовать их в емкостях, резервуарах и трубопроводах. Благодаря универсальной и простой измерительной системе, сигнализатор уровня практически не критичен к химическим и физическим свойствам жидкости. Он работает даже при неблагоприятных условиях, таких как турбулентность, пузырьки воздуха. Вибрационные сигнализаторы уровня способны измерять уровень почти всех жидкостей. Вибрирующий элемент приводится в действие пьезоэлектрическим методом и вибрирует с механической резонансной частотой приблизительно 1200 Гц. Пьезоэлементы закреплены механически и не подвергаются воздействию теплового удара. При погружении вибрирующего элемента в измеряемую среду частота изменяется. Это изменение частоты улавливается встроенным генератором и преобразуется в команду на переключение. Вибрационные уровнемеры, как правило, компактны и могут работать без внешней обработки сигнала, имеют встроенный блок электроники, который обрабатывает сигнал уровня и преобразует его (в зависимости от типа встроенного генератора) в соответствующий выходной сигнал. При помощи этого выходного сигнала можно работать с подключенными дополнительными устройствами напрямую (например, системой предупреждающей сигнализации, ПЛК, насосами и т.д.). Вибрационные уровнемеры — это лучшее решение для липких сред.

Акустические (ультразвуковые)
В акустических, или ультразвуковых, уровнемерах используется явление отражения ультразвуковых колебаний от плоскости раздела сред жидкость-газ. Действие уровнемеров этого типа основано на измерении времени прохождения импульса ультразвука от излучателя до поверхности жидкости и обратно. При приеме отраженного импульса излучатель становится датчиком. Если излучатель расположен над жидкостью, уровнемер называется акустическим; если внутри жидкости — ультразвуковым уровнемером. В первом случае измеряемое время будет тем больше, чем ниже уровень жидкости, во втором — наоборот. Электронный блок служит для формирования излучаемых ультразвуковых импульсов, усиления отраженных импульсов, измерения времени прохождения импульсом двойного пути (в воздухе или жидкости) и преобразования этого времени в унифицированный электрический сигнал.
Уровнемеры ультразвуковые предназначены для контроля одного уровня, для контроля двух уровней, или для контроля двух уровней в одном технологическом проеме.
Уровнемер акустический предназначен для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред, в том числе взрывоопасных, агрессивных, вязких, неоднородных, выпадающих в осадок, а также сыпучих материалов с диаметром гранул и кусков от 5 до 300 мм, при температуре контролируемой среды от минус 30 С до плюс 120 С.

Микроволновые радарные
Радарные уровнемеры, подобно акустическим уровнемерам, используют явление отражения электромагнитных колебаний от плоскости раздела сред жидкость-газ. Радарные датчики уровня не имеют контакта с измеряемым объектом. Это позволяет использовать их в сложных условия, в частности, при высоком давлении, высоких температурах, при нахождении паров и газов над поверхностью. По сравнению с ультразвуковыми уровнемерами, радарные способны обеспечить большую точность измерения, обладают меньшей зоной нечувствительности, способны работать при больших давлениях в резервуаре. Современные радарные уровнемеры являются «интеллектуальными» устройствами, объединяющими в себе и измерительную часть, и обработку полученного сигнала. Часто представляют собой интерфейсные устройства. Датчик уровня построен по принципу радиолокатора. Это один из классических методов радарного (радиолокационного) измерения расстояния позволяющий минимизировать влияние паразитных помех и помех, связанных с неровностями (волнениями) поверхности измеряемого объекта. Принцип действия прибора заключается в следующем. Микроволновый генератор датчика уровня формирует радиосигнал, частота которого изменяется во времени по линейному закону. Этот сигнал излучается в направлении измеряемого объекта, отражается от него и часть сигнала, через определенное время, зависящее от скорости света, возвращается обратно в антенну. Излученный и отраженный сигнал смешиваются в датчике уровня, и в результате образуется сигнал, частота которого равна разности частот принятого и излученного сигнала, соответственно пропорциональна времени распространения, и соответственно расстоянию от антенны до измеряемого объекта. Дальнейшая обработка сигнала осуществляется микропроцессорной системой датчика уровня и заключается в точном определении частоты результирующего сигнала и пересчете ее значения в значение уровня наполнения резервуара. Обработка сигнала в датчиках уровня, как правило, построена с применением процессоров цифровой обработки сигналов и благодаря этому, она производится в реальном масштабе времени без длительного накопления информации. Отраженный, а значит и результирующий сигнал, несущий в себе информацию об уровне измеряемого объекта, содержат также и различные шумовые и паразитные составляющие, это связано с тем, что измерение производится в реальных условиях возможных волнений объекта, неполных отражений радиосигнала и его частичного поглощения поверхностью измеряемого продукта. Поэтому результирующий сигнал подвергают спектральному анализу. Для этого полученный сигнал внутри датчика уровня оцифровывается, и преобразуется в «спектр». Далее при помощи специальных алгоритмов спектрального анализа, в реальном масштабе времени фильтруются паразитные составляющие сигнала и с высокой точностью определяется частота результирующего сигнала, соответствующая уровню измеряемого объекта.
Рефлексные (волноводные)
Рефлексные уровнемеры предназначены для измерения уровня, дистанции и объема жидкостей, паст и сыпучих продуктов, а также раздела фаз жидких продуктов. Рефлексные (волноводные) уровнемеры по принципу работы подобны радарным уровнемерам, но электромагнитный импульс распространяется не в газовой среде, а по специальному зонду — волноводу. В качестве зондов могут выступать: стержень, трос, группа тросов, коаксиальный кабель. Рефлексные уровнемеры способны работать в более жестких условиях: высокие температуры, высокое давление, сильное бурление жидкости, резервуары с работающей мешалкой, пары и газы над поверхностью жидкости.

Возврат к списку

принцип действия, схемы и т.д.

Ультразвуковой уровнемер — это прибор, измеряющий уровень, который является счетчиком непрямого действия. Под приборами непрямого действия подразумеваются устройства, которые определяют изменение уровня жидкости, не входя в непосредственный физический контакт с самой жидкостью.

Ультразвуковой уровнемер фирмы Endress+Hauser

Рекомендуем разобраться что такое уровень, а также обратить внимание на другие приборы для измерения уровня.

Принцип работы ультразвукового уровнемера

Для того, чтобы измерять или контролировать уровень, ряд акустических контрольно-измерительных приборов включает в себя устройства, которые работают на основе принципа передачи звуковой энергии в форме звуковых волн. Свойствами звуковых волн, измеряющих уровень, является их способность отражаться или отталкиваться от поверхности; их время прохождения, т.е. количество времени, за которое волны доходят до поверхности, отражаются от поверхности и возвращаются; и их частота.

Транзитное время, или время прохождения звуковых волн прямо пропорционально расстоянию, которое должны пройти звуковые волны; чем больше расстояние, которое должны пройти звуковые волны, тем больше величина транзитного времени. Частотой называется количество звуковых волн в единицу времени. В контрольно-измерительной системе уровня, в которой используется ультразвук, частота, с которой воспроизводятся волн обычно предопределена тем, используется ли эта система для измерения заполненного или свободного объема. Например, ультразвуковые волны с радиочастотами (приблизительно 30 kHz) обычно распространяются в воздухе и отражаются жидкостями. Их часто используют для измерений свободного объема, которые затем могут быть преобразованы в показания уровня. Ультразвуковые волны более высокой частоты (приблизительно 35 kHz или выше) обычно используются для измерений заполненного объема, т.к. такие волны легко перемещаются в жидкой среде, но скорее всего поглощаются или отражаются воздушной средой.

Непрерывное измерение уровня, в котором используются низкочастотные ультразвуковые волн

На рисунке выше изображена упрощенная схема акустической системы, которая используется для непрерывного измерения уровня. Основными деталями этой системы является блок управления, акустический излучатель и приемник. Здесь имеется электрическое подсоединение блока управления к внешней цепи, посредством которого обеспечивается подача электрического входного сигнала на излучатель. Излучатель преобразует электрическую энергию в звуковую энергию в виде звуковых волн. В данном примере электрическая энергия преобразуется в звуковые волны такой частоты, при которой они будут проходить через воздушную среду, но будут отражаться от поверхности жидкости. Когда звуковые волны отталкиваются от поверхности жидкости, они затем возвращаются к приемнику, который преобразует звуковые волны обратно в электрическую энергию. Блок управления посылает на индикатор электрический сигнал, который прямо пропорционален величине транзитного времени. На индикаторе фиксируется показание, которое в свою очередь прямо пропорционально уровню жидкости.

Непрерывное измерение уровня с использованием низкочастотных ультразвуковых волн — уровень жидкости в емкости повысился

Уровень жидкости увеличился и на индикаторе показание высокого уровня в емкости. При повышении уровня звуковым волнам требуется меньшее количество времени на то, чтобы пройти расстояние от излучателя до поверхности жидкости и обратно к приемнику: величина транзитного времени уменьшается. Соответственно, когда уровень жидкости понижается, величина транзитного времени увеличивается.

Иногда установка акустической системы наверху емкости может быть нежелательной. Некоторые жидкости испаряются, образуя пары, которые могут помешать проходу звуковых волн через воздушную среду, находящуюся выше уровня жидкости. В случаях возможного наличия в воздушной среде помех для звуковых волн, для непрерывного измерения уровня могут быть использованы высокочастотные ультразвуковые системы.

Непрерывное изменение уровня с помощью высокочастотных ультразвуковых волн

На рисунке выше акустическая система располагается на донной плоскости емкости. В этой системе используется высокочастотный звуковой сигнал, который проходит через жидкость и отражается от воздушной среды. В остальном, система работает по тому же самому принципу, что и система из предыдущего примера.

Акустические ультразвуковые уровнемеры. Устройство, принцип действия, типы и виды ультразвуковых уровнемеров.

По принципу действия акустические уровнемеры можно подразделить на локационные, поглощения и резонансные.

В локационных ультразвуковых уровнемерах используется эффект отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела жидкость — газ, в связи с чем они получили название ультразвуковых. Положение уровня определяется по времени прохождения ультразвуковых колебаний от источника до приемника после отражения их от поверхности раздела. В уровнемерах поглощения положение уровня определяется по ослаблению интенсивности ультразвука при прохождении через слои жидкости и газа. В резонансных уровнемерах измерение уровня производится посредством измерения частоты собственных колебаний столба газа над уровнем жидкости, которая зависит от высоты уровня.

Наибольшее распространение получили локационные уровнемеры. Локация уровня может производиться либо через газовую среду над жидкостью, либо снизу через слой жидкости. Недостатком первого типа уровнемеров являются погрешность от зависимости скорости звука от давления и температуры газа и сильное поглощение ультразвука газом, что требует большей мощности источника, чем при локации через жидкость. Однако на показания таких уровнемеров не сказываются изменения характеристик жидкости, поэтому они могут быть использованы для измерения уровня жидкостей неоднородных, содержащих пузырьки газа или кристаллизующихся. Уровнемеры с локацией через жидкость могут быть использованы для сред под высоким давлением, для них требуется небольшая мощность источника, однако они чувствительны к включениям в жидкость, например к пузырькам газа при вскипании. Поэтому эти уровнемеры применимы только для однородных жидкостей. Кроме того, они также чувствительны к изменению температуры и давления среды из-за зависимости от них скорости распространения ультразвука.

Упрощенная схема акустического уровнемера с локацией уровня со стороны газа ЭХО-1 представлена на рис. 1.

Рис. 1. Упрощенная схема акустического ультразвукового уровнемера:

1 — акустический преобразователь; 2 — генератор; 3 — усилитель; 4 — схема измерения времени; 5 — преобразователь; 6 — вторичный прибор; 7 — блок температурной компенсации

Источником и одновременно приемником отраженных ультразвуковых колебаний является пьезоэлемент, заключенный в акустический преобразователь 1. Локация осуществляется ультразвуковыми импульсами, которые возбуждаются пьезоэлементом в результате подачи на него электрических импульсов от генератора 2. Одновременно генератор включает схему измерения времени 4. Отраженный ультразвуковой импульс возвращается на пьезоэлемент через время t, соответствующее контролируемому уровню в соответствии с выражением t = 2(Н — h)/c, где с — скорость ультразвука в газе.

Пьезоэлемент преобразует отраженный ультразвуковой импульс в электрический сигнал, который усиливается усилителем 3 и подается на схему измерения времени 4. Преобразователь 5 преобразует значение времени в унифицированный выходной сигнал 0. ..5 мА, измеряемый вторичным прибором 6. Для уменьшения влияния изменения температуры газа имеется блок температурной компенсации 7, включающий в себя термопреобразователь сопротивления, расположенный внутри акустического преобразователя.

Примером использования акустического метода является серийно выпускаемый преобразователь уровня ЭХО-5, предназначенный для измерения уровня жидкостей (в том числе агрессивных), а также сыпучих и кусковых материалов при температуре от -50 до 170 °С и при давлении до 4 МПа. Верхние пределы измерения уровнемера: 0,4…30 м, основная погрешность преобразователя в зависимости от модификации равна ±0,5; ±1,0; ± 1,5; ±2,5 %.

Ультразвуковой метод характерен очень малым подводом теплоты в контролируемую среду, поэтому может быть использован в криогенной технике. Однако метод применим только на жидкостях со спокойной поверхностью, т.е. исключаются кипящие жидкости и криостаты с загруженным внутренним объемом.

Фирма Siemens производит более десяти типов ультразвуковых уровнемеров, предназначенных для различных отраслей промышленности, сельского и коммунального хозяйства. В некоторых типах в одном приборе объединены источники (приемники) излучения (сенсоры) с электронным преобразователем, в других они разнесены. Совмещенный вариант реализован в компактных приборах типа «The Probe», предназначенных для измерения уровня в диапазоне от 0,25 до 8 м. Сенсор работает на частоте 43 кГц, выходной сигнал уровнемера составляет 4…20 мА, погрешность не превышает ±0,25 %, благодаря введению температурной компенсации. Измерительный преобразователь LU 10 может работать с десятью сенсорами, которые могут отстоять от измерительного блока на расстояние до 365 м. При диапазоне измерения до 60 м и наличии температурного зонда погрешность измерения уровня составляет ±0,1; ±0,25 %. Выходной сигнал 4…20 мА может сочетаться с цифровым наиболее распространенных протоколов.

На явлении отражения ультразвука построена схема уровнемера типа РУ-ПТ1, который является более поздним вариантом РУМБ- БК-М (з-д «Теплоприбор» г. Рязань). Принцип действия уровнемера основан на измерении времени распространения фронта ультразвуковых колебаний в металлическом стержне от поплавка до нулевой отметки на нижнем конце первичного преобразователя (рис. 2).

Рис. 2. Схема ультразвукового уровнемера:

1 — источник ультразвуковых колебаний; 2 — металлический стержень; S — поплавок; 4 — индикатор

Ультразвуковой уровнемер состоит из преобразователей: первичного ПП, промежуточного ПР и передающего ПЕР. В состав первичного преобразователя входит источник ультразвуковых колебаний 7, погружаемый в контролируемую среду металлический стержень 2 и перемещающийся вдоль него поплавок 3. Источником формируется ультразвуковой импульс и снимаются со стержня сигналы, отраженные от поплавка и участка стержня, соответствующего нулевому уровню. Промежуточный преобразователь усиливает их и в виде двух импульсов напряжения U1, и U2 подает на передающий преобразователь. По моменту начала импульса, задаваемому генератором Г, и времени поступления импульсов вычисляется время прохождения импульса в стержне от поплавка до нулевой отметки (т.е. в пределах контролируемого уровня). Для учета температурного удлинения стержня по импульсу U2 вычисляется время t2 прохождения импульса по всему стержню. Значение контролируемого уровня определяется по формуле h = Ho(t1/t2), где Но — базовая длина стержня при температуре 20 ± 5 °С. Верхний предел измерения высоты уровня составляет 0,4… 12 м, выходные сигналы: токовый 0…5 (4…20) мА, цифровая индикация уровня в м, цифровой сигнал по интерфейсу RS-232C, RS-485, сигнализация двух предельных отклонений уровня. Уровнемер предназначен для широкого класса сред (в том числе нефтепродуктов и сжиженных газов) при температурах -40… 120 °С и давлении до 2,5 МПа, основная погрешность составляет ±4 мм.

К ультразвуковым относятся уровнемеры типа ДУУ2, ДУУ4 ЗАО «Альбатрос», в которых используется магнитострикционный эффект. Последний состоит в деформации кристаллического тела под воздействием магнитного поля. Преобразователь этих уровнемеров содержит диэлектрическую направляющую трубку, внутри которой находится стальная проволока с намотанной по всей длине катушкой. По наружной поверхности трубки, покрытой фторопластом, скользит магнитный поплавок, плавающий на поверхности жидкости или границе раздела сред. В месте размещения поплавка происходят локальные изменения в кристаллической решетке проволоки. При подаче в катушку импульса тока создается импульсное магнитное поле, вызывающее импульсную деформацию проволоки. При достижении последней поплавка возникает отраженный импульс продольной деформации, воспринимаемой пьезодатчиком. Положение уровня определяется по интервалу времени от момента формирования импульса тока до приема импульса упругой деформации. На направляющей трубке может размещаться до четырех магнитных поплавков, измеряющих, например, верхний уровень и три границы раздела сред. В гибкой модификации преобразователя катушка с проволокой покрыта фторопластовой изоляцией. Для натяжения проволоки к ее концу крепится груз или опорный магнит. На конце преобразователя размещаются датчики давления и температуры.

Максимальная измеряемая высота уровня составляет 25 м, избыточное давления не должно превышать 2 МПа, а температура 120 °С при плотности среды от 500 до 1500 кг/м3. Основная погрешность в зависимости от исполнения составляет ±1; ±3; ±5 мм. Число выходных сигналов 4…20 мА достигает шести в зависимости от числа измеряемых величин.

Ультразвуковой датчик уровня | Сиб Контролс

Ультразвуковые датчики уровня

Что такое ультразвуковой датчик уровня?

Несколько методов, которые используются в ультразвуковых датчиках уровня:

Колебания кварца на частоте ультразвука имеют большую амплитуду в газе, чем в жидкости. Намокание чувствительного элемента вызывает уменьшение амплитуды выходного сигнала, обеспечивая тем самым обнаружение уровня жидкости.

Обнаружение уровня обеспечивается измерением времени между передачей и приемом сигнала ультразвука, произведенного керамическими кристаллами в основании резервуара. Обычно сенсоры включаются поочередно, передавая и получая импульс, который проходит столб жидкости и отражается от поверхности назад к основанию резервуара

Обнаружение уровня выполнено двумя сенсорами, ориентируемыми друг к другу через внутреннюю часть резервуара. Один из кристаллов передает ультразвуковые сигналы, другой получает их. Коэффициент передачи сигнала увеличивается, когда жидкость смачивает кристаллы. Увеличение выходного сигнала указывает, что жидкость в резервуаре достигла определенного уровня.

Ультразвуковые датчики уровня.
С одним кристаллом в боковой части (a), основание (b), и двумя кристаллами в боковой части © резервуара;
L = уровень, 1 = резервуар, 2 = жидкость, 3 = пьезоэлектрический кристалл, 4 = генератор импульсов, 5 = приемник импульсов.

Что такое бесконтактный ультразвуковой уровнемер?

Данные уровнемеры построены на основе ультразвуковой технологии и предназначены для измерения уровня различных жидкостей.
Ультразвуковые импульсы излучаются уровнемером, распространяются по направлению к жидкости и отражаются от ее поверхности. Уровнемер улавливает отраженные эхо-сигналы и измеряет временной интервал между передачей излученного и приемом отраженного сигналов.
На основании этого временного интервала рассчитывается расстояние до поверхности жидкости.

Ультразвуковой уровнемер (открытый канал).

В данных приборах используется способ бесконтактного акустического измерения дистанции до измеряемой поверхности через газовую среду (воздух). Уровень рассчитывается, как разность расстояний: высоты базовой точки крепления уровнемера Hs и измеренного расстояния Lf, Hf = Hs — Lf, т. е. уровень рассчитывается «от крыши». Значение Hs является параметром резервуара и зависит от нескольких факторов, таких как температура стенок, уровень заполнения резервуара продуктом. Параметр Lf сильно зависит от скорости распространения звука в воздухе, т. е. от температуры, влажности, парциального давления паров нефтепродуктов, а также их размещения («слоистости») на пути акустического сигнала. Для уменьшения влияния (компенсации) указанных влияющих факторов датчики оснащают температурными датчиками и уголковыми отражателями, которые служат реперами при
измерениях.

В любом случае, разрешение и точность не могут быть лучше Ѕ длины акустической волны, которую использует данный датчик.

Ультразвуковой уровнемер (канал в жидкости).

Принцип действия аналогичен предыдущему, но акустическая волна распространяется внутри жидкой среды, датчик располагается на дне резервуара, т. е. измерения выполняются «от дна». Имеют более высокие частоты и как следствие лучшее разрешение. Как правило, показывают лучшую точность т. к. ряд факторов, воздействующих на точность, не влияют на жидкостную среду. Однако вследствие зоны нечувствительности на близком расстоянии для данных датчиков трудно добиться измерения ниже уровня 0.3…0.5 м.

Ультразвуковой уровнемер с волноводом.

Принцип действия датчика полностью совпадает с классической схемой открытого канала, но ультразвуковая волна распространяется внутри металлического волновода, внутри которого через известные фиксированные расстояния имеются отражатели (например, кольца или отверстия). Тем самым датчик дополнительно получает отраженные сигналы от реперов, обрабатывая которые можно повысить точность измерения расстояния. Однако проблемы измерения «от крыши» остаются. Кроме того, достаточно узкий волновод без отверстий (с малым их количеством) может сам служить источником погрешности, вследствие того, что в нем будут присутствовать застойные явления и уровень нефтепродукта внутри его будет устанавливаться с погрешностью, вызванной разным удельным весом жидкости внутри и вне волновода. Кроме того при работе на дизельном топливе или подготовленной нефти опарафинивание волновода может стать серьезной проблемой при эксплуатации («замыливание» реперных отверстий).

Ультразвуковой сигнализатор уровня.

Ультразвуковая волна распространяясь внутри волновода и проходит вперед и назад в пределах зазора сенсора. Присутствие любого вещества кроме газа в пределах этого зазора изменяет частоту колебаний сенсора, таким образом сигнализируя, что уровень среды достиг места установки датчика. Отсутствие движущихся частей делает этот вид измерений весьма надежным, хотя этот метод не приемлем в средах с высоким уровнем загрязнений.

Принцип работы датчиков уровня

Опубликовано 25.06.2016

Принцип работы

Механические и магнитные поплавковые уровнемеры

Принцип действия основан на замыкании поплавком контактов, расположенных на различных уровнях направляющего стержня. В магнитных поплавковых уровнемерах используются герконы, а в механических – микровыключатели.

Преимущества

просто
дёшево.

Недостатки

контактный метод, при выборе поплавка необходимо учитывать: химическую совместимость со средой, плавучесть, вязкость, плотность и температуру
не подходит для измерения уровня очень вязкой жидкости, шлама
а также жидкости, которая прилипает к поплавку и стержню
или содержит металлические кусочки, которые могут вызвать ложные срабатывания магнитных выключателей.

Магнитострикционные уровнемеры

Это поплавковые уровнемеры непрерывного действия, в которых используются магнитострикционный эффект. Поплавок с постоянным магнитом внутри перемещается вдоль направляющего стержня, в котором натянута проволока из магнитострикционного материала (волновод). В волновод подаются токовые импульсы. В месте расположения магнита (поплавка) при взаимодействии магнитного поля с током, возникают импульсы продольной деформации, которые регистрируются пьезоэлементом вверху стержня. Время прохождения импульса пропорционально расстоянию до поверхности.

Буйковые уровнемеры

На частично погружённый в жидкость буёк действует выталкивающая сила Архимеда, пропорциональная глубине погружения.

Ультразвуковые уровнемеры (Ultrasonic)

Принцип действия ультразвуковых уровнемеров основан на измерении времени распространения звуковой волны высокой частоты (20-200 кГц) от антенны уровнемера до поверхности жидкости и обратно.

Ультразвуковые уровнемеры подходят для измерения уровня вязких жидкостей и сыпучих материалов.

Недостатки

звуковой сигнал не может распространяться в вакууме
на показания оказывают влияние: температура, влажность, давление, турбулентность, пена, пар, изменение концентрации жидкости.

Микроволновые радарные уровнемеры (Radar)

Принцип действия радарных уровнемеров основан на измерении времени распространения электромагнитной волны (радиоволны) сверхвысокой частоты (1-30 ГГц) от антенны уровнемера до поверхности жидкости и обратно.

Радары подходят для использования во влажной, туманной и пыльной среде, а также при переменной температуре.

Импульсный метод – измерение времени прохождения импульса до поверхности и обратно – очень сложно реализовать, т.к. это время измеряется в наносекундах.

Более распространён способ непрерывного линейного частотного модулирования радиосигнала — FMCW (Frequency Modulated Continuous-Wave). При этом способе излученный и отражённый сигналы смешиваются, и образуется сигнал, частота которого равна разности частот этих сигналов. Эта разность пропорциональна расстоянию от антенны до поверхности.

Преимущества

радиоволны могут распространяться и в вакууме, на них не влияет температура, давление, влажность и пыль.

Недостатки

электромагнитные волны поглощаются (не отражаются) диэлектриками (пластмасса, стекло, бумага и т.д.)
высокая цена (чем выше частота, тем точнее измерения и тем дороже).

Гидростатическое измерение уровня

Используется зависимость давления столба жидкости от уровня. Давление столба жидкости измеряется с помощью дифференциальных датчиков давления — один датчик измеряет давление на дне резервуара, а другой – давление над поверхностью жидкости.

Емкостные уровнемеры (Capacitance)

В резервуар опускается конденсатор, представляющий собой длинную трубку с металлическим стержнем внутри. Вместе с резервуаром заполняется и трубка — из-за разной диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха ёмкость конденсатора изменяется пропорционально уровню.

В качестве опорного электрода (внешних обкладок конденсатора) могут использоваться стенки резервуара.

Кондуктометрические сигнализаторы уровня

Используются для контроля уровня в проводящих жидкостях. В резервуар опускается пара электродов, и как только уровень повышается так, что электроды оказываются погружёнными в жидкость – уменьшается сопротивление между электродами и срабатывает выключатель. Для контроля нескольких уровней используются несколько пар электродов разной длины.

Вибрационные сигнализаторы уровня (Vibrating Switch)

Применяются для сигнализации уровня жидких и сыпучих веществ. Используется эффект камертона – в резонаторе, имеющем форму вилки, пьезоэлектрическим способом возбуждаются механические резонансные колебания, которые затухают и гасятся при погружении резонатора в сыпучее вещество.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

%PDF-1. 4 % 1 0 obj > /Metadata 2 0 R /Pages 3 0 R /Type /Catalog >> endobj 2 0 obj > stream application/pdf

User

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

2015-09-15T12:06:01+06:00Microsoft® Word 20102015-09-15T16:15:46+06:002015-09-15T16:15:46+06:00Microsoft® Word 2010uuid:eb17394a-8fdc-4b09-81aa-aac92143ec03uuid:03fbaf2b-9d5a-4cd7-9495-60b1939f7cfe endstream endobj 3 0 obj > endobj 4 0 obj > /MediaBox [ 0 0 595.

(;S&\Q?isN»+zǻ8=ʉs-dY u(EyG玐THRFPv|q9A1X_:%cNdIs= {H;=(p9@~_M6ͮ59>[;֏yܴn1uuzF[ֶdݭ4S

Ультразвуковые датчики уровня

— Принцип работы ~ Изучение контрольно-измерительной техники

Ультразвуковые датчики уровня измеряют уровень, измеряя расстояние от преобразователя (обычно расположенного в верхней части емкости) до поверхности технологического материала, расположенной ниже внутри емкости или резервуара. Время прохождения звуковой волны вперед и назад по поверхности обрабатываемого материала используется для расчета этого расстояния и интерпретируется электроникой передатчика как уровень технологического процесса.

Электронный модуль передатчика содержит все схемы питания, вычислений и обработки сигналов, а также ультразвуковой преобразователь. Преобразователь состоит из одного или нескольких пьезоэлектрических кристаллов для передачи и приема звуковых волн. Когда к пьезоэлектрическим кристаллам прикладывается электрическая энергия, они движутся, создавая звуковой сигнал. Когда звуковой сигнал отражается обратно, движение отраженной звуковой волны генерирует электрический сигнал; это определяется как возвратный импульс.Время прохождения, которое измеряется как время между переданным и возвратным сигналами, затем используется для определения уровня судна. Базовая конструкция ультразвукового уровнемера показана ниже:

Ультразвуковые датчики уровня предназначены для вывода сигнала, соответствующего либо заполнению — заполненности емкости, либо незаполненному объему — количеству пустого пространства, оставшегося наверху емкости.
Большинство ультразвуковых уровнемеров предназначены для измерения незаполненного объема.В этом режиме измерения время прохождения звуковой волны пропорционально тому, сколько пустого пространства существует между поверхностью жидкости и верхом сосуда.
На диаграмме выше
Высота резервуара (H) = Незаполненный объем (U) + Заправочный объем (F)
Следовательно, Незаполненный объем, U = H — F или
Наполнение, F = H — U
Для ультразвукового датчика уровня, сконфигурированного для измерения незаполненного объема, он может легко измерить заполнение, просто вычтя незаполненный объем из высоты резервуара, которая должна быть запрограммирована в устройстве, чтобы иметь возможность измерить заполнение.
Наполнение также можно измерить непосредственно с помощью ультразвукового преобразователя, если он установлен на дне емкости. В этом случае время прохождения звуковой волны к поверхности обрабатываемого материала и от нее затем используется для вывода о заполнении или незаполненном объеме.

Преимущества ультразвуковых датчиков уровня

Без контакта с продуктом
Подходит для широкого спектра жидкостей и сыпучих продуктов, таких как порошки и зерна
Надежная работа в сложных условиях эксплуатации
Без движущихся частей
Измерение без физического контакта
Точность 0.25% с температурной компенсацией и самокалибровкой

Недостатки ультразвуковых датчиков уровня

Изделие должно хорошо отражать и не поглощать звук
Изделие должно иметь хорошо различимый слой измерения и не затеняться пеной или пузырями.
Не подходит для более высокого давления или вакуума
Температура ограничена до 170 градусов Цельсия

Вы можете обратиться к «Измерению уровня», чтобы узнать больше о других технологиях, используемых при измерении уровня.

Как работает ультразвуковой датчик уровня и когда его использовать

Существует множество способов бесконтактного измерения уровня, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения. Например, радарное измерение уровня обеспечивает высокую точность по очень низкой цене. Ультразвуковые датчики уровня дешевле, просты в установке и использовании, что делает их наиболее популярным бесконтактным методом измерения уровня.

Принцип работы ультразвукового датчика уровня Ультразвуковые датчики уровня

используют принцип измерения времени пролета для измерения уровня.Устройство излучает звуковые волны с частотой, превышающей человеческую, от 20 килогерц до одного гигагерца.

Эти волны отражаются от поверхности продукта, создавая эхо, которое возвращается к датчику. Затем датчик вычисляет время, необходимое эхо-сигналу, чтобы вернуться, чтобы определить уровень. Он работает как в жидкостях, так и в твердых телах.

Вы можете узнать больше об ультразвуковом уровнемере здесь: Ecometer P, Ecometer S и Ecometer.

EcoMeter P Ультразвуковой датчик уровня со встроенным радиомодулем и внешним источником питания

Распространенные ошибки ультразвукового измерения уровня

Этот принцип кажется простым.Тем не менее, важно помнить о некоторых технических аспектах для получения точных измерений.

Температура воздуха может влиять на скорость звука и мешать ультразвуковым измерениям. Чем горячее воздух, тем быстрее распространяется звук. Таким образом, встроенный датчик температуры может помочь вам компенсировать этот эффект. Пространство между ультразвуковым датчиком уровня и жидкостью должно иметь одинаковую температуру, чтобы вы могли получать точные данные.
Материал, который вы хотите измерить с помощью ультразвукового уровнемера, должен иметь определенную плотность, чтобы отражать ультразвуковые волны.Звук распространяется по воздуху быстрее, чем по твердым телам и жидкостям, поэтому значительная разница в плотности между воздухом и продуктом дает хороший сигнал.
Ультразвуковой датчик уровня находится на расстоянии блокировки, на котором он не может правильно считывать данные, поэтому вы должны учитывать это в своих расчетах. Для получения дополнительной информации о расстоянии блокировки вы также можете прочитать нашу статью об этом.
Различные материалы по-разному влияют на звуковые волны. Например, атомы гелия менее массивны, чем молекулы воздуха, поэтому при данной температуре звук в гелии распространяется быстрее, чем в воздухе.Это причина, когда вы вдыхаете гелий из воздушного шара; высота вашего голоса резко возрастает.
Профиль поверхности жидкости — важный момент, который следует учитывать. Если профиль турбулентный, это приводит к пенообразованию. Показания отклоняются из-за пенообразования.
Препятствия в резервуарах могут вызывать множественные и ложные отражения, но в настоящее время обработка сигналов помогает игнорировать эти проблемы. Эта проблема может быть устранена до определенного предела. Однако радарные уровнемеры также могут быть решением этой проблемы.
На ультразвуковые измерения уровня влияет присутствие пара или пара над измерительной поверхностью. Это связано с тем, что пар прерывает передачу и отражение ультразвукового сигнала.
Применение вакуума также невозможно с ультразвуковым датчиком уровня. Ультразвуковые волны не могут проходить через пустое пространство, им нужна среда, такая как газ, жидкость или твердое тело, чтобы путешествовать и проводить измерения!

Если вы принимаете во внимание эти факторы, вы можете использовать ультразвуковые датчики уровня во многих отраслях и областях применения.Давайте рассмотрим несколько.

Применение ультразвуковых датчиков уровня

Ультразвуковой датчик уровня воды и сточных вод

В водопроводной и канализационной промышленности решительно отдают предпочтение ультразвуковым датчикам уровня, поскольку они помогают в управлении насосами, цикличности и мониторинге, защите от переполнения и многом другом. Фактически, ультразвуковые датчики уровня стали стандартом для большинства требований к уровню жидкости.

В системах водоснабжения и водоотведения используется метод мониторинга потока в открытом канале для измерения расхода в различных водных системах.В этом методе расход воды определяется путем измерения высоты воды с помощью ультразвукового датчика уровня.

Ультразвуковой датчик уровня жидкости для химикатов

В химической промышленности ультразвуковые датчики уровня применяются для измерения уровня агрессивных жидкостей, топливных клеев, смол, красок, каучуков и пластмасс. Химическая промышленность часто измеряет сильнодействующие продукты, поэтому вам понадобится бесконтактное измерение уровня.

Ультразвуковые датчики уровня

отлично работают с резервуарами для хранения агрессивных материалов, таких как соляная кислота (HCl), серная кислота (h3SO4) и едкий натр (NaOH).

Тем не менее, вы должны убедиться, что материал вашего сенсора химически совместим. Во многих ультразвуковых устройствах используются смачиваемые материалы из ПВДФ.

Ультразвуковой датчик уровня продуктов питания и напитков
Ультразвуковые датчики уровня появляются в этой отрасли для измерения зерна, соков, порошков и других сыпучих материалов в силосах. Но здесь датчики должны соответствовать гигиеническим требованиям:
Смачиваемые детали должны быть изготовлены из определенных материалов, которые должны оставаться гладкими и легко очищаемыми.Накопление может испортить продукт, а также показания
.
Датчик должен соответствовать требованиям к температуре очистки на месте (CIP). Цикл гигиенической очистки достигает 120 ˚C, поэтому датчик должен выдерживать это тепло на протяжении всего цикла.
Иногда продукты могут создавать пыль или шум, мешающий прохождению сигнала. Выбор высокочувствительного датчика может устранить эту проблему.
В качестве бесконтактного датчика уровня ультразвуковой датчик уровня является хорошим выбором для сточных вод, агрессивных жидкостей и т. Д.Ультразвуковые датчики уровня — это простые недорогие устройства, которые измеряют точные и надежные данные, не влияя на ваш продукт.
Кроме того, существуют некоторые ограничения для ультразвукового измерения уровня, которые можно преодолеть, выбрав измерение уровня с помощью радара.
Найдите и купите радарные уровнемеры или ультразвуковые датчики уровня в нашем интернет-магазине
Чтобы узнать больше об ультразвуковых датчиках уровня, свяжитесь с нашими инженерами!
Руководство по ультразвуковому датчику уровня для начинающих
Sonic — это звук, который мы слышим.Ультразвук — это звук, превышающий диапазон человеческого слуха. Человек может слышать максимум до 20 кГц. Ультразвуковые частоты выше 20 кГц. Ультразвуковые волны используются для измерения уровня жидкостей и твердых предметов в промышленности. Ультразвуковое измерение уровня является бесконтактным принципом и наиболее подходит для измерения уровня горячих, агрессивных и кипящих жидкостей. Нормальный частотный диапазон, используемый для ультразвуковых измерений уровня, находится в диапазоне 40 200 кГц.
1. Каков принцип ультразвукового измерения уровня?
Ультразвуковые волны обнаруживают объект так же, как это делает радар.Ультразвук использует звуковые волны, а радар — радиоволны. Когда ультразвуковой импульсный сигнал направлен на объект, он отражается от объекта, а эхо возвращается к отправителю. Вычисляется время, пройденное ультразвуковым импульсом, и определяется расстояние до объекта. Летучие мыши используют известный метод измерения расстояния во время путешествия. Принцип ультразвукового измерения уровня также используется для определения местоположения рыбы в океане, определения местоположения подводных лодок ниже уровня воды, а также местоположения аквалангиста в море.
Мы обратимся к Рис. 1 и попытаемся понять технические особенности ультразвукового уровнемера. Ультразвуковой датчик уровня закреплен наверху наполовину заполненного жидкостью резервуара. Базовым уровнем для всех измерений является дно резервуара. Обнаруживаемый уровень обозначен буквой «C», а «B» — это расстояние от ультразвукового датчика до уровня жидкости. Ультразвуковые импульсные сигналы передаются от передатчика и отражаются обратно в датчик.Рассчитывается время прохождения ультразвукового импульса от датчика до цели и обратно. Уровень «C» можно найти, умножив половину этого времени на скорость звука в воздухе. Конечным результатом могут быть сантиметры, футы, дюймы и т. Д.
Уровень = Скорость звука в воздухе x Время задержки / 2
2. Практические проблемы проектирования системы ультразвукового уровнемера:
Приведенный выше принцип измерения выглядит достаточно простым и верным только в теории.На практике существуют некоторые технические трудности, которые необходимо устранить, чтобы получить правильное значение уровня.
Скорость изменения звука из-за изменения температуры воздуха. Встроенный датчик температуры используется для компенсации изменений скорости звука из-за колебаний температуры.
На кромках, сварных швах и т. Д. Появляются интерференционные эхо-сигналы. Это устраняется программным обеспечением передатчика и называется подавлением интерференционного эхо-сигнала.
Калибровка передатчика имеет решающее значение. Точность измерения зависит от точности калибровки. Пустое расстояние «A» и диапазон измерения «D» должны быть правильно определены для включения в калибровку преобразователя.
Переходные характеристики датчика будут иметь расстояние блокировки, как показано на Рис. 1. Промежуток «D» никогда не должен доходить до дистанции блокировки.
3. Базовая конструкция ультразвукового преобразователя (см. Рис. 2):
Ультразвуковой датчик
— это сердце ультразвукового датчика уровня.Этот датчик преобразует электрическую энергию в ультразвуковые волны. Для этого процесса преобразования используются пьезоэлектрические кристаллы. Пьезоэлектрические кристаллы будут колебаться на высоких частотах, когда к ним приложена электрическая энергия. Обратное также верно. Эти пьезоэлектрические кристаллы будут генерировать электрические сигналы при получении ультразвука. Эти датчики могут посылать ультразвук к объекту и принимать эхо, создаваемое объектом. Эхо преобразуется в электрическую энергию для дальнейшей обработки схемой управления.
4. Функциональная блок-схема типичного ультразвукового уровнемера:
Мы обратимся к функциональной блок-схеме рис. 3 для пояснения физических структур ультразвукового уровнемера.
Цепь управления на базе микроконтроллера контролирует все действия ультразвукового уровнемера. Имеются две схемы передачи импульсов , одна для импульса передатчика, а другая — для импульса приемника.Импульс, генерируемый импульсом передатчика, преобразуется в ультразвуковые импульсы ультразвуковым датчиком (передатчик) и направляется на объект.
Этот ультразвуковой импульс отражается обратно в ультразвуковой датчик (приемник) в виде эхо-импульса. Приемник преобразует этот ультразвуковой импульс в импульс электрического сигнала через генератор импульсов. Истекшее время или время отражения измеряется счетчиком. Это прошедшее время зависит от измеряемого уровня.Это прошедшее время преобразуется в уровень цепью управления. Существует схема генератора синхронизации , которая используется для синхронизации всех функций в ультразвуковой системе измерения уровня.
В конечном итоге уровень преобразуется в сигнал 4-20 мА. 4 мА — это уровень 0%, а 20 мА — уровень 100% (см. Рис. 1). Этот выходной сигнал 4-20 мА, несущий данные об уровне, может быть передан на большие расстояния к приборам управления технологическим процессом.
5. Преимущества ультразвукового уровнемера:
Ультразвуковой датчик уровня
не имеет движущихся частей и может измерять уровень без физического контакта с объектом.Эта типичная характеристика преобразователя полезна для измерения уровней в резервуарах с агрессивными, кипящими и опасными химическими веществами. Точность считывания остается неизменной даже после изменений химического состава или диэлектрической проницаемости материалов в технологических жидкостях.
6. Ограничения ультразвукового уровнемера:
Ультразвуковые уровнемеры
— это лучшие устройства для измерения уровня, в которых принимаемое ультразвуковое эхо имеет приемлемое качество.Это не так удобно, если глубина резервуара велика или эхо поглощается или рассеивается. Объект не должен быть звукопоглощающим. Он также не подходит для резервуаров со слишком большим количеством дыма или высокой плотностью влаги.
Для измерения уровня жидкости и твердого вещества на расстоянии до 15 метров. Прямое чтение на устройстве.
Бесконтактный двухкомпонентный датчик уровня, подходящий для тяжелых условий эксплуатации.
Когда требуются расширенные функции связи и вычисления
Для удаленного мониторинга. Отправлять SMS-оповещения.

Принцип работы ультразвукового датчика уровня
Объекты дрожат, что позволяет людям слушать, частота которого составляет от 20 Гц до 20 кГц.Ультразвуковая волна более 20 кГц, инфразвуковая волна менее 20 Гц. Нормальная частота ультразвуковой волны составляет от десятков кГц до десятков МГц.
Ультразвук — это механическое колебание в упругой среде. Есть два пути: Боковое колебание
(долевая волна) и продольные колебания (Продольная волна). Ультразвук может переноситься в газообразном, жидком и твердом состоянии, и их скорость различается. Кроме того, он также имеет явления преломления и отражения, а также затухание в процессе распространения.Когда ультразвук передается по воздуху, его частота низкая, обычно десятки кГц, а когда он передается через твердое тело и жидкость, его частота высока. Он быстро разлагается в воздухе, в то время как в жидкости и твердом состоянии он медленно разлагается и переносится далеко. Используя функцию ультразвука, люди производят множество видов ультразвуковых датчиков и делают различные ультразвуковые измерительные приборы и устройства с различными схемами. Он также обычно используется во многих аспектах, таких как общение и медицина.
Основными материалами ультразвукового датчика уровня являются пьезоэлектрический кристалл (электрострикция) и никель-железные сплавы (магнитострикционные). Материал электрострикции в основном PZT и так далее. Ультразвуковой датчик измерения уровня пьезоэлектрического кристалла является обратимым датчиком, он может преобразовывать электричество в механические колебания для создания ультразвука. В то же время он также превращается в электричество, когда получает ультразвук, поэтому его можно разделить на передатчики или приемники.Некоторые измерения уровня ультразвукового датчика могут быть отправлены или получены. Для ознакомления просто возьмите небольшой ультразвуковой датчик измерения уровня. Есть небольшие различия между отправкой и приемом. Он подходит для передачи в эфире, частота которого для работы обычно составляет 23-25 кГц или 40-45 кГц. Этот вид датчика подходит для дальномера, дистанционного управления и защиты от кражи. У этого типа есть T / R-40-60, T / R-40-12 и так далее (T: передача, R: прием, 40: частота, 60,12: внешний диаметр; в миллиметрах).Также есть герметичный ультразвуковой датчик измерения уровня (MA40EI). Он отличается гидроизоляцией (но его нельзя погружать в воду), его характеристики хорошие, что позволяет использовать его в качестве датчика положения материала и бесконтактного переключателя. Существует три основных типа ультразвукового применения: тип передачи используется для дистанционного управления, охранной сигнализации, автоматической двери, бесконтактного переключателя и т. Д .; отдельный тип отражения используется для определения дальности, уровня жидкости или положения материала; Тип отражения используется для обнаружения дефектов материала, измерения толщины и т. д.

Он состоит из датчика-передатчика (или волнового передатчика), приемного датчика (или волнового приемника), блока управления и источника питания. Датчик передатчика состоит из передатчика и керамического преобразователя осциллятора, а также используемого диаметра. керамического преобразователя осциллятора составляет 15 мм. Преобразователь предназначен для преобразования энергии колебаний керамического вибратора в сверхэнергию, генерирующую переносимое по воздуху излучение. Кроме того, приемный датчик состоит из керамического преобразователя-генератора и схемы усилителя.Волна, принимаемая преобразователем, генерирует механическую вибрацию, которая производит электронную энергию. Мощность — это выход датчика-приемника, поэтому он будет проверять ультразвуковой сигнал при отправке. На практике керамический вибратор, используемый в качестве датчика-передатчика, также может использоваться в качестве датчика-приемника. Блок управления в основном управляет частотой импульсной цепи, пространственным соотношением, разреженной модуляцией, счетом и расстоянием обнаружения передатчика.
Щелкните ниже для получения дополнительных технических характеристик ультразвукового измерителя уровня
Дюжина способов измерения уровня жидкости и принцип их работы — Измерение уровня | Датчики уровня | Датчики уровня
Технологии измерения уровня на переходном этапе
Самый простой и старый промышленный прибор для измерения уровня — это, конечно же, смотровое стекло.При ручном подходе к измерению смотровые стекла всегда имели ряд ограничений. Материал, используемый для его прозрачности, может потерпеть катастрофическое повреждение с последующим оскорблением окружающей среды, опасными условиями для персонала и / или пожаром и взрывом. Уплотнения склонны к утечкам, а наросты, если они есть, закрывают видимый уровень. Безоговорочно можно сказать, что обычные смотровые стекла — самое слабое звено любой установки. Поэтому их быстро заменяют более передовые технологии.
Другие устройства определения уровня включают устройства, основанные на удельном весе, физическом свойстве, наиболее часто используемом для определения уровня поверхности. Простой поплавок, имеющий удельный вес между удельным весом технологической жидкости и паров свободного пространства над поверхностью, будет плавать у поверхности, точно следуя его подъемам и опусканиям. Измерения гидростатического напора также широко используются для определения уровня.
Когда задействованы более сложные физические принципы, развивающиеся технологии часто используют компьютеры для выполнения вычислений.Это требует отправки данных в машиночитаемом формате от датчика в систему управления или мониторинга. Форматы выходных сигналов преобразователей, пригодные для компьютерной автоматизации, — это токовые петли, аналоговые напряжения и цифровые сигналы. Аналоговые напряжения просты в установке и устранении, но могут иметь серьезные проблемы с шумом и помехами.
Самая простая и старая промышленная передача сигналов — это токовые петли 4–20 мА (где ток петли изменяется в зависимости от измерения уровня), которые сегодня являются наиболее распространенным выходным механизмом.Токовые петли могут передавать сигналы на большие расстояния с меньшим ухудшением качества. Цифровые сигналы, закодированные в любом из множества протоколов (например, Foundation Fieldbus, Hart, Honeywell DE, Profibus и RS-232), являются наиболее надежными, но более старые технологии, такие как RS-232, могут обрабатывать только ограниченные расстояния. Новые возможности беспроводной связи можно найти в сигналах новейших передатчиков, что позволяет передавать их на огромные расстояния практически без ухудшения качества.
Что касается более совершенных измерительных технологий (например,g., ультразвуковой, радиолокационный и лазерный), более сложные форматы цифрового кодирования требуют цифрового компьютерного интеллекта для форматирования кодов. Сочетание этого требования с потребностью в расширенных возможностях связи и схемах цифровой калибровки объясняет тенденцию встраивания компьютеров на базе микропроцессоров практически во все устройства для измерения уровня (см. Рисунок 1).
Установленные технологии определения уровня
В этой статье мы предполагаем, что плотность пара в свободном пространстве (обычно в воздухе) пренебрежимо мала по сравнению с плотностью технологической жидкости.Предположим также, что в резервуаре находится только одна однородная технологическая жидкость. Некоторые из этих технологий могут использоваться для многоуровневых приложений, когда две или более несмешивающихся жидкости разделяют сосуд.
1. Стеклянный указатель уровня. Доступные в различных исполнениях, как бронированные, так и незащищенные, стеклянные датчики используются уже более 200 лет в качестве простого метода измерения уровня жидкости. Преимущество этой конструкции — возможность видеть истинный уровень через прозрачное стекло.Обратной стороной является возможность разбивания стекла, что может привести к утечке или безопасности персонала.
2. Плавит . Поплавки работают по простому принципу: помещают плавучий объект с удельным весом, промежуточным между удельным весом технологической жидкости и паров свободного пространства над резервуаром, а затем прикрепляют механическое устройство для считывания его положения. Поплавок опускается на дно паров свободного пространства и плавает поверх технологической жидкости. Хотя сам по себе поплавок является основным решением проблемы определения местоположения поверхности жидкости, считывание положения поплавка (т.е., произвести фактическое измерение уровня) по-прежнему проблематично. Ранние поплавковые системы использовали механические компоненты, такие как тросы, ленты, шкивы и шестерни для передачи уровня. Сегодня популярны поплавки с магнитами.
Ранние поплавковые датчики уровня обеспечивали моделируемое аналоговое или дискретное измерение уровня с использованием сети резисторов и нескольких герконов, что означает, что выходной сигнал датчика изменяется дискретно. В отличие от устройств непрерывного измерения уровня, они не могут различать значения уровня между ступенями.
3. Поплавки, 4. Барботеры и 5. Датчики перепада давления — это все устройства для измерения гидростатического давления. Таким образом, любое изменение температуры вызовет сдвиг удельного веса жидкости, как и изменения давления, которые влияют на удельный вес пара над жидкостью. Оба приводят к снижению точности измерения. Вытеснители работают по принципу Архимеда. Как показано на рисунке 2, в сосуде подвешен столб из твердого материала (вытеснитель).Плотность вытеснителя всегда больше, чем у технологической жидкости (он будет тонуть в технологической жидкости), и он должен простираться от минимально необходимого уровня до, по крайней мере, самого высокого уровня, который необходимо измерить. По мере повышения уровня технологической жидкости колонна вытесняет объем жидкости, равный площади поперечного сечения колонны, умноженной на уровень технологической жидкости в буйке. Выталкивающая сила, равная этому перемещенному объему, умноженному на плотность технологической жидкости, толкает поплавок вверх, уменьшая силу, необходимую для поддержки его против силы тяжести.Преобразователь, связанный с передатчиком, отслеживает и связывает это изменение силы с уровнем.
Датчик уровня барботажного типа показан на рисунке 3. Эта технология используется в емкостях, работающих при атмосферном давлении. Погружная трубка, открытый конец которой находится рядом с открытым сосудом, переносит продувочный газ (обычно воздух, хотя может использоваться инертный газ, такой как сухой азот, когда существует опасность загрязнения технологической жидкости или окислительной реакции с ней) в резервуар.
По мере того, как газ течет вниз к выпускному отверстию погружной трубки, давление в трубке повышается до тех пор, пока не преодолеет гидростатическое давление, создаваемое уровнем жидкости на выпускном отверстии.Давление равно плотности технологической жидкости, умноженной на ее глубину от конца погружной трубки до поверхности, и контролируется датчиком давления, подключенным к трубке.
Датчик уровня перепада давления (DP) показан на рисунке 4. Важным измерением является разница между общим давлением на дне резервуара (гидростатическое давление жидкости плюс статическое давление в резервуаре) и статическим или напорным давлением. в сосуде. Как и в случае с барботером, разница гидростатического давления равна плотности технологической жидкости, умноженной на высоту жидкости в резервуаре.Устройство на Рисунке 4 использует атмосферное давление в качестве эталона. Вентиляционное отверстие наверху поддерживает давление в свободном пространстве, равное атмосферному.
В отличие от барботеров, датчики перепада давления могут использоваться в невентилируемых (находящихся под давлением) емкостях. Все, что требуется, — это подсоединить контрольный порт (сторона низкого давления) к порту в резервуаре выше максимального уровня заполнения. В зависимости от физических условий процесса и / или расположения датчика относительно технологических соединений все еще могут потребоваться продувка жидкостью или барботеры.
6. Тензодатчики. Тензодатчик или тензодатчик — это, по сути, механический опорный элемент или кронштейн, оснащенный одним или несколькими датчиками, которые обнаруживают небольшие деформации в опорном элементе. При изменении силы, действующей на датчик веса, кронштейн слегка изгибается, вызывая изменение выходного сигнала. Калиброванные датчики веса были изготовлены с допустимой нагрузкой от долей унций до тонн.
Для измерения уровня датчик веса должен быть встроен в опорную конструкцию судна.Когда технологическая жидкость заполняет резервуар, усилие на датчик веса увеличивается. Зная геометрию сосуда (в частности, его площадь поперечного сечения) и удельный вес жидкости, очень просто преобразовать известный выход датчика веса в уровень жидкости.
Несмотря на то, что тензодатчики имеют преимущество во многих применениях из-за их бесконтактной природы, они дороги, и опорная конструкция судна и соединительные трубопроводы должны быть спроектированы с учетом требований тензодатчика к плавающей опорной конструкции.Общий вес резервуара, трубопроводов и соединительной конструкции, поддерживаемых резервуаром, будет взвешиваться системой загрузки в дополнение к желаемому весу нетто или продукта. Этот общий вес часто приводит к очень плохому отклонению от веса нетто, а это означает, что вес нетто составляет очень небольшой процент от общего веса. Наконец, рост опорной конструкции, вызванный неравномерным нагревом (например, от утреннего до вечернего солнечного света), может отражаться в виде уровня, как и боковая нагрузка, ветровая нагрузка, жесткие трубопроводы и крепление от оборудования для предотвращения опрокидывания (для тензодатчиков, устанавливаемых снизу). .Короче говоря, требования к системе взвешивания тензодатчиков должны быть первостепенными при начальном проектировании опор сосуда и трубопроводов, иначе производительность быстро ухудшится.
7. Магнитные уровнемеры. Эти датчики (см. Рисунок 5) являются предпочтительной заменой смотровых стекол. Они похожи на поплавковые устройства, но сообщают местоположение поверхности жидкости магнитным способом. Поплавок, несущий набор сильных постоянных магнитов, движется во вспомогательной колонне (поплавковой камере), прикрепленной к судну с помощью двух технологических соединений.Эта колонна ограничивает поплавок сбоку так, чтобы он всегда был близко к боковой стенке камеры. Когда поплавок движется вверх и вниз по уровню жидкости, вместе с ним перемещается намагниченный челнок или гистограмма, показывая положение поплавка и тем самым обеспечивая индикацию уровня. Система может работать только в том случае, если вспомогательная колонна и стенки камеры выполнены из немагнитного материала.
Многие производители предлагают конструкции поплавков, оптимизированные для удельного веса измеряемой жидкости, будь то бутан, пропан, масло, кислота, вода или границы раздела двух жидкостей, а также большой выбор материалов поплавков.
Это означает, что манометры могут работать с высокими температурами, высокими давлениями и агрессивными жидкостями. Большие поплавковые камеры и поплавки с высокой плавучестью доступны для применений, где ожидается накопление.
Камеры, фланцы и технологические соединения могут быть изготовлены из синтетических материалов, таких как Kynar, или экзотических сплавов, таких как Hastelloy C-276. Камеры специальной конфигурации могут работать в экстремальных условиях, таких как паровая оболочка для жидкого асфальта, камеры увеличенного размера для мгновенного испарения, расчет температуры для жидкого азота и хладагентов.Многочисленные металлы и сплавы, такие как титан, инколой и монель, доступны для различных комбинаций высоких температур, высокого давления, низкого удельного веса и агрессивных жидкостей. Сегодняшние магнитные уровнемеры также могут быть оснащены магнитострикционными и волноводными радиолокационными передатчиками, что позволяет преобразовывать локальные показания манометра в выходы 4-20 мА и цифровую связь, которые могут быть отправлены в контроллер или систему управления.
8. Емкостные преобразователи. Эти устройства (см. Рисунок 6) работают на том факте, что технологические жидкости обычно имеют диэлектрическую проницаемость, значительно отличающуюся от диэлектрической проницаемости воздуха, которая очень близка к 1,0. Масла имеют диэлектрическую проницаемость от 1,8 до 5. Чистый гликоль — 37; водные растворы составляют от 50 до 80. Эта технология требует изменения емкости, которая изменяется в зависимости от уровня жидкости, создаваемого либо изолированным стержнем, прикрепленным к датчику и технологической жидкости, либо неизолированным стержнем, прикрепленным к датчику и либо стенка сосуда или эталонный зонд.По мере того, как уровень жидкости повышается и заполняет больше пространства между пластинами, общая емкость увеличивается пропорционально. Электронная схема, называемая емкостным мостом, измеряет общую емкость и обеспечивает непрерывное измерение уровня.
Возможно, наиболее существенное различие между более ранними технологиями непрерывного измерения уровня жидкости и теми, которые сейчас набирают популярность, — это использование измерений времени пролета (TOF) для преобразования уровня жидкости в обычный выходной сигнал.Эти устройства обычно работают, измеряя расстояние между уровнем жидкости и контрольной точкой на датчике или передатчике в верхней части сосуда. Система обычно генерирует импульсную волну в контрольной точке, которая проходит либо через паровое пространство, либо через проводник, отражается от поверхности жидкости и возвращается к датчику в контрольной точке. Электронная схема синхронизации измеряет общее время в пути. Разделив время прохождения на удвоенную скорость волны, мы получим расстояние до поверхности жидкости.Технологии различаются в основном видом импульса, используемого для измерения. Ультразвук, микроволны (радар) и свет доказали свою полезность.
9. Магнитострикционные уровнемеры. Преимущества использования магнита, содержащего поплавок, для определения уровня жидкости уже доказаны, а магнитострикция — это проверенная технология для очень точного определения местоположения поплавка. Вместо механических связей магнитострикционные датчики используют скорость крутильной волны вдоль провода, чтобы найти поплавок и сообщить его положение.
В магнитострикционной системе (см. Рисунок 7) поплавок содержит ряд постоянных магнитов. Сенсорный провод подсоединяется к пьезокерамическому сенсору на передатчике, а зажим для натяжения прикрепляется к противоположному концу сенсорной трубки. Трубка либо проходит через отверстие в центре поплавка, либо примыкает к поплавку за пределами немагнитной камеры поплавка.
Чтобы определить местонахождение поплавка, передатчик посылает короткий импульс тока по проводу датчика, создавая магнитное поле по всей его длине.Одновременно срабатывает схема синхронизации. Поле немедленно взаимодействует с полем, создаваемым магнитами в поплавке. Общий эффект заключается в том, что в течение короткого времени протекания тока в проводе создается скручивающая сила, очень похожая на ультразвуковую вибрацию или волну. Эта сила распространяется обратно к пьезокерамическому датчику с характерной скоростью. Когда датчик обнаруживает волну напряжения, он вырабатывает электрический сигнал, который уведомляет схему синхронизации о прибытии волны и останавливает схему синхронизации.Схема синхронизации измеряет временной интервал (TOF) между началом текущего импульса и приходом волны.
На основании этой информации местоположение поплавка определяется очень точно и отображается передатчиком в виде сигнала уровня. Ключевые преимущества этой технологии заключаются в том, что скорость сигнала известна и постоянна в зависимости от переменных процесса, таких как температура и давление, и на сигнал не влияют пена, расходимость луча или ложные эхо. Еще одно преимущество заключается в том, что единственная движущаяся часть — это поплавок, который перемещается вверх и вниз вместе с поверхностью жидкости.
10. Ультразвуковые уровнемеры. Ультразвуковые датчики уровня (см. Рис. 8) измеряют расстояние между датчиком и поверхностью, используя время, необходимое для прохождения ультразвукового импульса от датчика до поверхности жидкости и обратно (TOF). Эти датчики используют частоты в диапазоне десятков килогерц; время прохождения ~ 6 мс / м. Скорость звука (340 м / с в воздухе при 15 градусах Цельсия, 1115 кадров в секунду при 60 градусах F) зависит от смеси газов в свободном пространстве и их температуры.Хотя температура датчика компенсируется (при условии, что датчик имеет ту же температуру, что и воздух в свободном пространстве), эта технология ограничивается измерениями атмосферного давления в воздухе или азоте.

11. Лазерные уровнемеры. Разработанные для сыпучих продуктов, суспензий и непрозрачных жидкостей, таких как грязные отстойники, молоко и жидкий стирол, лазеры работают по принципу, очень похожему на принцип работы ультразвуковых датчиков уровня. Однако вместо того, чтобы использовать скорость звука для определения уровня, они используют скорость света (см. Рисунок 9).Лазерный передатчик в верхней части сосуда излучает короткий световой импульс вниз к поверхности технологической жидкости, который отражает его обратно в детектор. Схема синхронизации измеряет прошедшее время (TOF) и вычисляет расстояние. Ключевым моментом является то, что у лазеров практически нет рассеяния луча (расходимость луча 0,2 градуса) и нет ложных эхо-сигналов, и они могут быть направлены через пространство размером всего 2 дюйма. 2 лазера точны, даже в паре и пене. Они идеально подходят для использования на судах с многочисленными препятствиями и могут измерять расстояния до 1500 футов.Для приложений с высокими температурами или высоким давлением, например, в корпусах реакторов, лазеры часто используются в сочетании со специальными смотровыми окнами, чтобы изолировать преобразователь от процесса. Эти стеклянные окна изолируют передатчик от технологического процесса. Эти стеклянные окна хорошо пропускают лазерный луч с минимальным рассеиванием и ослаблением и должны содержать условия процесса.
12. Радарные уровнемеры. Воздушные радарные системы излучают микроволны вниз от рупорной или стержневой антенны в верхней части судна.Сигнал отражается от поверхности жидкости обратно к антенне, и схема синхронизации вычисляет расстояние до уровня жидкости, измеряя время прохождения туда и обратно (TOP). Ключевым параметром в радиолокационной технике является диэлектрический контакт жидкости. Причина в том, что количество отраженной энергии на микроволновых (радиолокационных) частотах зависит от диэлектрической проницаемости жидкости, и если Er низкий, большая часть энергии радара входит или проходит через него. Вода (Er = 80) дает отличное отражение при изменении или неоднородности Er.
Передатчики для волноводных радаров (GWR)
(см. Рисунок 10) также очень надежны и точны. Жесткий зонд или гибкая кабельная антенная система направляет микроволновую печь вниз от верхней части резервуара до уровня жидкости и обратно к передатчику. Как и в случае с воздушным радаром, изменение Er с более низкого на более высокое приводит к отражению. Волноводный радар в 20 раз более эффективен, чем воздушный радар, потому что волновод обеспечивает более сфокусированный путь энергии. Различные конфигурации антенн позволяют проводить измерения до ER = 1.4 и ниже. Кроме того, эти системы могут быть установлены как вертикально, так и в некоторых случаях горизонтально, при этом направляющая изгибается под углом до 90 градусов, что обеспечивает четкий сигнал измерения.
GWR обладает большинством преимуществ и немногими недостатками ультразвуковых, лазерных и открытых радарных систем. Скорость волны радара в значительной степени не зависит от состава паровоздушного пространства, температуры или давления. Он работает в вакууме без необходимости повторной калибровки и может измерять через большинство слоев пены.Ограничение волны, чтобы она следовала за зондом или кабелем, устраняет проблемы с распространением луча и ложные эхо-сигналы от стен и конструкций резервуара.
Сводка
Общие тенденции в различных измерительных технологиях отражают движущие силы рынка. Усовершенствованная цифровая электроника делает датчики уровня и другие измерительные устройства более удобными, более надежными, простыми в настройке и менее дорогими. Усовершенствованные коммуникационные интерфейсы передают дату измерения уровня в существующую систему управления и / или информацию компании.
Современные датчики уровня включают в себя все большее разнообразие материалов и сплавов для борьбы с суровыми условиями окружающей среды, такими как масла, кислоты и экстремальные температуры и давления. Новые материалы помогают технологическим приборам соответствовать специальным требованиям, таким как сборки из материала с оболочкой из ПТФЭ для коррозионных применений и электрополированной нержавеющей стали 316 для требований чистоты. Зонды, изготовленные из этих новых материалов, позволяют использовать контактные датчики практически в любом приложении.
Измерение уровня [17 принципов работы]
Методы непрерывного измерения уровня
10 ноября 2018
Уровень — один из четырех наиболее измеряемых параметров в отрасли.
На рынке представлено множество различных типов приборов для измерения уровня. Правильный выбор для вашего приложения непростой и часто зависит от понимания различного уровня методы измерения и знание того, какие условия процесса влияют на работу датчика уровня.
В то время как большинство технологий измерения уровня способны хорошо работать при различных условиях процесса, не существует единого датчика уровня, подходящего для всех приложений.
Но:
Как только вы поймете принцип работы всех этих различных технологий, ваша задача станет намного проще.
В сегодняшнем посте я кратко опишу принцип работы 17 различных приборов для измерения уровня.
Внизу статьи вы также найдете таблицу, в которой показано, какая технология подходит для конкретных условий процесса.
1. Смотровое стекло указателя уровня
Смотровое стекло — это простейшее устройство для измерения уровня жидкости в сосуде.
Это не что иное, как прозрачная стеклянная трубка, установленная снаружи сосуда и соединенная с дном и верхом сосуда.
Смотровые стекла используют закон сообщающихся сосудов, чтобы указать уровень на градуированной шкале.
Высота столба жидкости в смотровом стекле всегда будет такой же, как и внутри емкости.
Иногда деления отсутствуют, а через смотровое стекло просто отображается высота жидкости в сосуде.
2. Поплавковый указатель уровня
Этот старый метод был первой попыткой автоматизировать измерение уровня в резервуарах после того, как ранее уровень измерялся вручную с помощью веревки с прикрепленным к ней поплавком.
У поплавкового уровнемера есть поплавок, подвешенный на веревке внутри резервуара. Трос проходит через два шкива к противовесу снаружи резервуара.Сам противовес служит индикатор на плате прямого считывания.
Уровнемеры
работают по принципу плавучести, что означает, что материал с более низкой плотностью плавает на материале с более высокой плотностью.
Показанный на чертеже индикатор уровня поплавка — не единственный существующий тип.
3. Принцип буйкового уровнемера
Буйковый уровнемер предназначен для работы с жидкостями.
Шток буйка погружен в жидкость и подвешен на пружине или торсионной трубке.У него всегда более высокая плотность, чем у жидкости, поэтому он не плавает.
Когда резервуар полностью заполнен и, таким образом, стержень буйка полностью погружен, на пружину все еще будет действовать направленное вниз усилие.
Принцип действия буйкового уровнемера основан на принципе Архимеда, который гласит, что восходящая выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, независимо от того, полностью ли она или частично погруженный, равен весу вытесненной жидкости.
В этом случае выталкивающая сила действует на стержень буйка, толкая его вверх.
Когда уровень жидкости поднимается, подъемная сила увеличивается, уменьшая кажущийся вес стержня буйка. Это уменьшает длину пружины при движении буйка вверх.
Движение стержня буйка вверх и вниз измеряется датчиками в головке преобразователя и преобразуется в выходной сигнал.
4. Принцип серво датчика уровня
Небольшой буйковый уровнемер подвешен на тросе, намотанном на проволочном барабане. Барабан с проволокой магнитно связан с весами и приводится в движение двунаправленным серводвигателем.
Когда вытеснитель опускается в сосуд и достигает поверхности жидкости, его кажущийся вес будет уменьшаться под действием выталкивающей силы.
Потеря веса определяется весами, которые затем отправляют сигнал на блок управления, чтобы остановить серводвигатель.
Длина размотанного кабеля рассчитывается путем подсчета числа оборотов проволочного барабана с помощью набора датчиков Холла и умножения его на известную длину окружности барабана.
Вычитание результата этого расчета из общей высоты резервуара дает высоту жидкости в резервуаре.
При изменении уровня весы изменяют положение буйка до тех пор, пока не будет достигнуто новое равновесие.
Серво уровнемер основан на принципе Архимеда, поскольку он использует выталкивающую силу во время измерения и поэтому может использоваться только для измерения уровня жидкости.
5. Принцип датчика веса и уровня кабеля
Работа электромеханических уровнемеров, как их иногда называют, очень похожа на работу серво уровнемеров.
Разница в основном в управлении датчиком и внутренними датчиками.
Хотя этот метод используется в основном для твердых веществ, уровень жидкости также можно измерить, заменив груз на плавающий зонд.
Груз опускается через крышу резервуара, пока он не достигнет поверхности продукта.
Как только зонд коснется поверхности, кабель провисает, и разматывание кабеля прекращается. Затем зонд подтягивается вверх.
Длина размотанного кабеля измеряется как при движении вниз, так и при движении вверх, и результаты сравниваются друг с другом. Если есть разница между двумя измерениями значений, начинается новое измерение.
Электроника преобразует информацию об измеренной длине в выходной сигнал, соответствующий уровню или объему / весу в резервуаре.
6. Принцип магнитного уровнемера
Магнитные уровнемеры основаны на законе магнетизма.
Как и смотровые стекла, они монтируются сбоку на резервуаре и соединяются с клапанами в нижней и верхней части резервуара.
Магнитный указатель уровня состоит из двух основных частей:
Вертикальная труба (также называемая «камерой»), содержащая технологическую жидкость и поплавок, снабженный магнитом.
Прозрачный кожух, прикрепленный к камере, с рядом индикаторов (флажков), магнитно связанных с поплавком.
Поплавок внутри камеры перемещается вверх и вниз вместе с поверхностью жидкости, поднимаясь и опускаясь.
Каждый раз, когда поплавок проходит мимо флажка, их магнитные поля соединяются.
Магнитная муфта заставляет флаг вращаться вокруг своей оси, делая видимую заднюю часть флага.
Уровень жидкости становится четко обозначенным, потому что задняя часть флажка имеет другой цвет, чем передняя.
7. Принцип резистивной цепи
Цепной резистивный датчик уровня основан на принципе поплавка и работает почти так же, как магнитный указатель уровня.
Датчик имеет поплавок со встроенным постоянным магнитом, который скользит по вертикальной направляющей трубке.
Лампа имеет встроенный трехпроводной потенциометр, состоящий из нескольких последовательно соединенных отдельных резисторов, каждый со своим герконом.
Когда поплавок движется вверх и вниз, его магнитное поле замыкает геркон, расположенный на уровне поплавка.
Замкнутый геркон, таким образом, становится точкой подключения потенциометра, который делит его общее сопротивление на 2 части.
Одна часть используется в качестве измеренного значения, которое пропорционально уровню жидкости и может быть отправлено напрямую как значение сопротивления или преобразовано в сигнал тока.
Цепочка сопротивления с мелкими ступенями делает измерение практически непрерывным.
8. Принцип измерения гидростатического уровня
Гидростатические датчики уровня используют принцип гидростатического давления в столбе жидкости для измерения высоты уровня в резервуаре.
Эти датчики на самом деле являются датчиками давления, которые измеряют гидростатическое давление на определенной глубине в жидкости, а затем используют формулу P _hydro = ρgh to рассчитать высоту заполнения бака ( х ).
Как видно из формулы, плотность ( ρ ) и сила тяжести ( г ) являются важными факторами для определения уровня.
Любое изменение их значения повлияет на точность измерения.
Гидростатические датчики уровня используются для измерения уровня в открытых или вентилируемых емкостях, где газовая фаза на поверхности жидкости находится под давлением окружающей среды, а также для герметичных или газонепроницаемых емкостей. где давление над жидкостью переменное.
Датчики оснащены ячейкой для измерения относительного давления, одна сторона которой подвергается гидростатическому давлению, а другая сторона подключена к:
давление окружающей среды, в случае открытых сосудов,
Переменное давление над жидкостью в случае герметичных сосудов.
Таким образом, давление, действующее на поверхность жидкости, автоматически компенсируется.
9. Принцип пузырьковой трубки
Измерение уровня в барботажной трубке основано на принципе гидростатического давления.
Барботер состоит из:
Погружная трубка
Датчик давления
Ограничитель потока
Источник сжатого газа
Погружная трубка вставляется в жидкость и проходит на несколько сантиметров от дна резервуара.
Воздух или сухой азот используется в качестве источника сжатого газа и подсоединяется к другому концу трубки.
Давление газа снижается ограничителем потока, которым может быть игольчатый клапан или шаровой клапан с V-образным пазом.
При уровне жидкости до 100% поток газа можно отрегулировать так, чтобы из трубки выходило лишь небольшое количество пузырьков в минуту.
По мере прохождения газа через трубку давление внутри трубки будет расти до тех пор, пока не сравняется с гидростатическим давлением жидкости на открытом конце трубки.
Это гидростатическое давление измеряется датчиком давления, подключенным к трубке.
Когда плотность жидкости известна, преобразователь теперь может рассчитать уровень по формуле P _hydro = ρgh .
10. Принцип емкостного датчика уровня
Работа датчика уровня емкости сравнима с работой конденсатора переменной емкости.
Металлический зонд датчика служит одной пластиной конденсатора, а металлическая стенка резервуара представляет собой другую пластину.
Жидкость внутри резервуара действует как диэлектрический материал между двумя пластинами.
Когда уровень жидкости поднимается, производительность увеличивается. Величина этой емкости является мерой высоты жидкости в резервуаре.
Если жидкость непроводящая, между металлическим зондом и металлической стенкой резервуара образуется конденсатор.
Если жидкость является проводящей, металлический зонд изолирован, а изоляция служит диэлектрическим материалом.
Если сосуд сделан из непроводящего материала, емкостному датчику уровня требуется эталонный зонд, который служит второй обкладкой конденсатора.
11. Принцип ультразвукового датчика уровня
Принцип работы ультразвукового датчика основан на времени прохождения (TOF) ультразвукового импульса, который движется вперед и назад между датчиком и поверхностью среды.
Датчик излучает высокочастотный импульс в диапазоне от 10 до 70 кГц, направленный к поверхности среды.
Когда этот импульс попадает на поверхность, он отражается обратно на датчик.
Этот отраженный сигнал также называется «эхо».
С момента появления эхо-сигнала на датчике передатчик рассчитывает расстояние до поверхности по формуле:
С этой информацией датчик теперь может определять уровень внутри сосуда, вычитая расстояние до поверхности из общей высоты сосуда.
Ультразвуковой датчик уровня, по сути, представляет собой не что иное, как высокотехнологичный таймер с несколькими функциями, позволяющими излучать и принимать ультразвуковые волны.
Этот метод можно использовать как для жидкостей, так и для твердых тел.
12. Магнитострикционный принцип
Принцип, принятый для этого метода измерения, называется эффектом Видемана.
Это один из четырех эффектов, связанных с магнитострикцией, свойством ферромагнетиков.
Магнитострикционный датчик уровня состоит из поплавка, который скользит по вертикальному ферромагнитному стержню (также называемому волноводом) во время подъема и падения уровня. Постоянный Магнит расположен внутри поплавка в точном месте, соответствующем уровню жидкости.
Если бы можно было измерить точное положение этого магнита, то можно было бы вычислить уровень жидкости.
Итак, как это делается:
В начале измерения передатчик посылает короткий импульс тока по волноводу и запускает таймер с момента выхода импульса из передатчика.
Когда импульс тока течет через волновод, он создает небольшое круговое магнитное поле вокруг стержня.
Когда импульс достигает поплавка, его круговое магнитное поле пересекается с магнитным полем постоянного магнита.
Взаимодействие между двумя магнитными полями вызывает механическое скручивание в волноводе, как если бы стержень локально скручен.
Эта крутильная сила распространяется по волноводу в виде акустической крутильной волны и возвращается к передатчику с постоянной скоростью, близкой к скорости звука.
В верхней части волновода измерительная катушка или пьезокристалл обнаружит крутильную волну и преобразует ее в соответствующий электрический сигнал.
Одновременно останавливается таймер и вычисляется временная задержка от возбуждения волновода до приема соответствующей акустической волны.
По этой временной задержке, зная, что акустическая волна распространяется с постоянной скоростью, мы можем теперь вычислить положение поплавка.
Система измерения временного интервала аналогична принципу времени пролета в ультразвуковых датчиках уровня.
13. Принцип бесконтактного радара
Частотно-модулированная непрерывная волна (FMCW) и импульсная времяпролетная (ToF или PToF) — две технологии, используемые в современных радиолокационных измерениях уровня.
Оба измерения являются бесконтактными, что означает, что инструмент не касается продукта внутри резервуара.
Импульсный метод измерения времени полета — самый старый из обоих методов, что не означает, что он менее эффективен, чем радар FMCW.
В импульсных радиолокационных системах антенна используется для излучения высокочастотной электромагнитной волны (называемой «импульсом») в течение очень короткого периода времени.
Импульс распространяется со скоростью света непосредственно к поверхности технологической среды и отражается от поверхности среды из-за изменения диэлектрической проницаемости.
Отраженный импульс возвращается к передатчику, который по прибытии измеряет временную задержку между излучаемым и принятым импульсом.
Именно это время задержки и называется «временем полета».
Затем микропроцессор передатчика рассчитывает расстояние до поверхности среды по формуле:
Так как высота резервуара уже была запрограммирована в датчике, уровень теперь можно найти, вычтя это расстояние из высоты резервуара.
Радар FMCW работает немного иначе.
Он отличается тем, что радар отправляет и принимает непрерывную волну, и вместо измерения времени задержки он измеряет разницу в частоте между излучаемый и полученный сигнал.
Генератор радара передает линейную развертку частоты с фиксированной шириной полосы и временем развертки.
Проще говоря:
Излучаемая частота колеблется между двумя фиксированными значениями по прямой схеме, как треугольник, в течение фиксированного периода времени.
Когда электромагнитная волна ударяется о поверхность, она отражается обратно к датчику.
Входящее отражение принимается антенной и отправляется в смеситель для сравнения с сигналом, который передается в это время.
Разница в частоте между излучаемым и принимаемым сигналами пропорциональна времени полета и расстоянию до поверхности среды.
После того, как встроенный микропроцессор рассчитал расстояние до поверхности, становится легко определить уровень среды, поскольку высота резервуара уже запрограммирована.
Бесконтактные радарные уровнемеры могут быть оснащены различными типами антенн и могут работать на разных частотах.
14. Принцип волноводного радара
Волноводный радар (GWR) является последним изобретением в области радиолокационного измерения уровня, появившимся на рынке уже несколько лет назад, и имеет свои корни во временной области. рефлектометрия (TDR).
Технология TDR изначально была разработана для обнаружения трещин в подземных кабелях и, в частности, для измерения расстояния до трещины.
Датчики уровня
GWR теперь используют этот метод для измерения расстояния до поверхности жидкости (или твердого, насыпного продукта).
Как это работает:
Антенна прибора имеет форму зонда (волновода) и погружена в технологическую среду. Его длина определяет диапазон измерения.
Высокочастотный электромагнитный импульс посылается от радиолокационного передатчика на волновод по направлению к поверхности измеряемого продукта.
Волны остаются близко к волноводу, следуя за зондом к поверхности.
Когда импульс попадает на поверхность продукта, значительная его часть отражается обратно вверх от зонда, а другая часть проникает в продукт.
Передатчик принимает отраженную волну и вычисляет временную задержку между сгенерированным и отраженным импульсом.
Результат этого расчета затем используется для расчета расстояния до поверхности.
15.Принцип действия лазерного уровнемера
Измерение расстояния с помощью лазера выполняется одним из следующих методов:
Лазеры импульсные
Лазеры непрерывного действия с частотной модуляцией
Триангуляционные лазеры
Хотя измерение уровня возможно с помощью всех трех методов, в промышленности используются только импульсные лазеры.
Это потому, что они лучше подходят для проникновения пыли и пара.
Непрерывные и триангуляционные лазеры больше подходят для измерений на малых расстояниях, при этом лазеры непрерывного действия используются в высокоточном лабораторном оборудовании и триангуляционные лазеры используются в приложениях для позиционирования и робототехнике.
Итак, поскольку мы говорим только о промышленных лазерных измерениях уровня, я объясню только импульсную лазерную технологию.
Принцип импульсного лазерного уровнемера снова основан на методе времени пролета.
Лазерный диод излучает световой импульс с очень острым углом луча менее 0,3 °.
Отражение от поверхности технологической среды улавливается приемником.
Очень точная схема синхронизации измеряет временную задержку между переданным и полученным импульсом и отправляет результат в микропроцессор, который вычисляет расстояние на поверхность по формуле:
Как только это расстояние известно, уровень можно определить по разнице между высотой резервуара и расстоянием до поверхности.
16. Принцип тензодатчика
Весоизмерительный датчик — это датчик силы для измерения веса. Его выходной сигнал пропорционален измеряемому весу.
Резервуары и силосы могут быть установлены на одном или нескольких тензодатчиках, чтобы можно было измерить их общий вес.
В основном есть три различных технологии, которые можно разделить на:
Гидравлический
Пневматический
Электронный
В гидравлических и пневматических тензодатчиках используются прецизионные трубки Бурдона или датчики давления. для индикации веса, в то время как электронные датчики веса используют различные методы для преобразования силы в электрические сигналы.
Электронный тензодатчик, а точнее тензодатчик, является наиболее часто используемым типом.
Для определения уровня необходимо сначала тарировать систему взвешивания с пустым резервуаром, чтобы измерялось только чистое содержимое резервуара.
Затем определяется уровень заполнения путем обработки данных измерений.
Преобразование в уровень заполнения возможно только в том случае, если плотность продукта постоянна.
При расчете используется таблица обвязки, в которой вес и уровень попадают в пары по шагам.
Когда измеренный вес находится между двумя ступенями, уровень определяется интерполяцией.
17. Принцип измерения уровня ядер
На первый взгляд может показаться немного странным использование ядерной энергии для измерения чего-то столь же простого, как уровень продукта в сосуде.
Но иногда другого выхода нет.
Как еще вы могли бы измерить уровень продукта, который поступает в резервуар тангенциально, с высокой скоростью, создавая огромный вихрь внутри резервуара?
Обычно в таких приложениях над жидкостью создается разрежение, и они подвержены вибрациям.
Ваши возможности могут быть ограничены простым обнаружением минимального и максимального уровня или измерением уровня с помощью ядерного датчика уровня.
В нашем примере приложения измерение этого большого вихря фактически означает определение среднего уровня.
Итак, как мы можем измерить уровень с помощью ядерного источника?
Ядерный датчик уровня состоит из двух основных компонентов:
Радиоактивный источник
Детектор излучения
Оба компонента установлены снаружи резервуара, прямо напротив друг друга с противоположных сторон резервуара.
Источник состоит из радиоактивного вещества, будь то цезий 137 или кобальт 60, и постоянно излучает гамма-лучи прямо через стенки сосуда. в направлении детектора излучения.
Когда резервуар пуст, детектор достигает большого количества радиации. Но когда уровень повышается, жидкий или твердый продукт будет ослаблять излучение. который достигает детектора.
Современные детекторы используют сцинтилляционную технологию для преобразования гамма-излучения в пропорциональное количество света, которое затем воспринимается фотоумножитель и преобразуется в электрический сигнал.
Какая технология решает вашу проблему?
В таблице ниже перечислены часто встречающиеся условия процесса, которые могут в большей или меньшей степени создавать проблемы для измерения уровня.
В зависимости от принципа действия, на котором основано измерение уровня, эта проблема будет большой, средней или отсутствующей.
Эта таблица должна дать вам общее представление о том, какую технологию выбрать для вашего приложения.
Легенда таблицы
Хорошо — у этой технологии практически нет проблем с этим состоянием
Умеренная — производительность может быть хуже, если не будут приняты специальные меры
Плохое — с этим состоянием проблематично или невозможно справиться
Эта технология не подходит для измерения уровня твердых частиц
90-230
90-922
Laser
902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 9022 230 2 902 902
9022 9022
9022
9022 902
9022 902
9022 902
9022 902
9022 902
902
Высокая температура процесса 902 9022 9022 9022 9030 9022 9022 902 902 9030 9022 9022 902 902 9030 902 902 9022 9022 9030
2 9022 9022 9022 9022 9030 9022 9022 9022 9022 9030 9022 9022 9022 0230
9022 9022
902 902
Условия процесса
Стеклянные указатели уровня
Поплавки
Буйковый уровнемер
Servo
Кабель и вес
Магнитная цепь
Магнитная цепь Гидростатический
Барботер воздуха
Емкость
Ультразвуковой
Магнитострикционный
Бесконтактный радар
Бесконтактный радар импульсный
Весоизмерительные ячейки
Ядерные (гамма)
Легкая пена 9022 9022 9022 9030 9022 9022 9030 9022 9022
9030 9022 9022
Плотная пена
9022 9022
Поверхностная турбулентность 4 2 2 2
Перемешивание 9022 9022 9022 9022
Низкое давление в сосуде (вакуум) 7
9022 9022 9022
9022 9022 9022
9022 9022 9022
Высокое давление в сосуде 7
Изменение плотности продукта 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Изменения диэлектрической проницаемости продукта Препятствия внутри резервуара 4
3
Коррозийный продукт 3
Испарения
Сухой остаток
Пыль
CIP (очистка на месте) 6
Связанные темы
типов уровнемеров и как они работают?
Как следует из названия, датчик для измерения уровня — это прибор, обеспечивающий непрерывное измерение уровня.Его можно использовать для определения уровня жидкости или сыпучего материала в конкретный момент времени. Уровни таких сред, как вода, вязкие жидкости и топливо, или сухих сред, таких как сыпучие материалы и порошки, могут быть измерены с помощью датчика.
Датчик измерения уровня используется во множестве приложений, требующих измерения уровня в контейнерах или резервуарах. Эти передатчики часто находят свое применение в транспортировке материалов, производстве продуктов питания и напитков, энергетике, химической промышленности и водоочистке.
Принцип работы уровнемеров
Принцип работы вышеупомянутых уровнемеров зависит от их основного принципа. Например, емкостные датчики уровня работают через конденсатор, гидростатические датчики уровня зависят от давления жидкости в контейнере для хранения для измерения уровня, в то время как ультразвуковые датчики уровня преобразуют расстояние, пройденное ультразвуковой волной, для определения уровня и т. Д.Однако все эти уровнемеры измеряют уровень одним из трех способов:
Вес жидкости
г.
Напор жидкости
Положение жидкости в емкости
Если вы присмотритесь, все датчики давления, описанные в этом посте, принимают во внимание любой из трех факторов для получения надлежащего измерения. Измерения уровня подразделяются на два типа — прямые и косвенные измерения уровня или выполняются контактными или бесконтактными датчиками.Прямые измерения уровня считаются идеальными для небольших изменений уровня, которые наблюдаются в различных промышленных резервуарах. Однако большинство уровнемеров предназначены для косвенных измерений уровня, поскольку они чувствительны и предназначены для измерений слишком высокого или слишком низкого уровня, когда прямое измерение становится затруднительным. Ультразвуковые датчики уровня можно использовать в контактной или бесконтактной конфигурации.
Типы уровнемеров:
Датчики измерения уровня бывают семи типов.Каждый тип передатчика работает по-своему, что делает его полезным для разных типов процессов.
Емкостные уровнемеры Эти датчики используют жидкость, хранящуюся в резервуаре или контейнере, в качестве диэлектрической среды между двумя или более электродами. Энергетическая емкость конденсаторной цепи увеличивается, когда жидкости больше, и уменьшается, если жидкости меньше. Измеряя изменения значения емкости, датчики уровня емкости могут рассчитать текущий уровень заполнения бака или контейнера.
Гидростатические уровнемеры Эти датчики, также известные как датчики уровня давления, помогают определять содержимое жидкости в контейнере, измеряя давление находящегося в нем тела жидкости. Чем больше сила жидкости, тем больше объем жидкости.
Магнитные уровнемеры В этих передатчиках используется магнитный объект, который подвешен на плавучем поплавке.Обычно это узкая вспомогательная колонна, чтобы ограничить боковые движения поплавка. Когда поплавок находится на поверхности жидкости, его движение измеряется другим магнитным устройством. Это позволяет передавать точный и стабильный уровень заполнения. Этот метод подходит для непрерывных измерений из-за тенденции поплавка подниматься или опускаться в зависимости от уровня жидкости.
Радарные уровнемеры уровня заполнения Эти передатчики работают по принципу радара, используя излучение радиоволн.Эти передатчики обычно устанавливаются наверху резервуара, заполненного жидкостью. Передатчик посылает сигнал радара в жидкость и принимает отражение сигнала. Затем передатчики анализируют текущий уровень заполнения резервуара на основе времени, которое требуется переданному сигналу, чтобы вернуться.
Ультразвуковой датчик уровня В этом типе передатчика ультразвуковой преобразователь устанавливается на верхней части контейнера с жидкостью или рядом с ним.Преобразователь излучает ультразвуковой импульс. Импульс ударяется о поверхность жидкости и отражается. Затем датчик рассчитывает уровень заполнения на основе времени между переданным и полученным сигналом.
Управляемые микроволновые уровнемеры Эти передатчики работают, посылая микроволновый импульс через сенсорный кабель или стержень. Сигнал попадает на поверхность жидкости и возвращается к сенсору, а затем к корпусу трансмиттера.Электроника, встроенная в корпус трансмиттера, определяет уровень заполнения в зависимости от времени, за которое сигнал проходит вниз по датчику и снова поднимается вверх. Эти типы датчиков уровня используются в промышленных приложениях во всех областях технологических процессов.
Датчики уровня жидкости Эти датчики разработаны для определения уровней жидкостей. Датчики уровня жидкости также используются для обнаружения границ раздела между двумя разными жидкостями, такими как масло и вода.Датчики уровня жидкости в основном используются для измерения уровня жидкости в резервуарах для хранения, транспортных резервуарах, а также резервуарах для хранения воды. Эти датчики давления измеряют уровень, измеряя напор жидкости.
В ряде промышленных приложений одним из важных элементов управления технологическим процессом является знание того, сколько газа или жидкости присутствует в данном контейнере. Необходимо следить за тем, чтобы уровни заполнения данного вещества не превышали уровень заполнения. Таким образом, датчики измерения уровня играют важную роль в мониторинге уровня заполнения контейнеров, сосудов или резервуаров.В следующем посте мы поговорим о преимуществах вышеупомянутых уровнемеров. Чтобы узнать больше об этих передатчиках, вы можете связаться с экспертами.
Похожие сообщения
Обзор различных типов промышленных преобразователей — Часть I
Обзор различных типов промышленных преобразователей — Часть II
Каковы преимущества различных типов датчиков измерения уровня?
Как выбрать между датчиком уровня и переключателем уровня?
.

Принцип работы ультразвукового уровнемера

Основные типы ультразвуковых уровнемеров

1. Импульсные уровнемеры

2. Уровнемеры с непрерывным излучением

3. Доплеровские уровнемеры

Области применения ультразвуковых уровнемеров

Преимущества ультразвуковых уровнемеров

Недостатки и ограничения ультразвуковых уровнемеров

Как выбрать ультразвуковой уровнемер?

Современные тенденции в развитии ультразвуковых уровнемеров

Сравнение ультразвуковых уровнемеров с другими типами

Заключение

Принцип работы ультразвукового преобразователя EasyTREK для жидкостей

Диагностика EasyTREK

Уровнемер ультразвуковой радарные поплавковые, микроволновой скважинные гидростатические.

Уровнемер ультразвуковой радарные поплавковые, микроволновой скважинные гидростатические.

Уровнемеры

принцип действия, схемы и т.д.

Принцип работы ультразвукового уровнемера

Акустические ультразвуковые уровнемеры. Устройство, принцип действия, типы и виды ультразвуковых уровнемеров.

Ультразвуковой датчик уровня | Сиб Контролс

Ультразвуковые датчики уровня

Принцип работы датчиков уровня

Принцип работы

Механические и магнитные поплавковые уровнемеры

Преимущества

Недостатки

Магнитострикционные уровнемеры

Буйковые уровнемеры

Ультразвуковые уровнемеры (Ultrasonic)

Недостатки

Микроволновые радарные уровнемеры (Radar)

Преимущества

Недостатки

Гидростатическое измерение уровня

Емкостные уровнемеры (Capacitance)

Кондуктометрические сигнализаторы уровня

Вибрационные сигнализаторы уровня (Vibrating Switch)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

— Принцип работы ~ Изучение контрольно-измерительной техники

Как работает ультразвуковой датчик уровня и когда его использовать

Руководство по ультразвуковому датчику уровня для начинающих

1. Каков принцип ультразвукового измерения уровня?

2. Практические проблемы проектирования системы ультразвукового уровнемера:

3. Базовая конструкция ультразвукового преобразователя (см. Рис. 2):

4. Функциональная блок-схема типичного ультразвукового уровнемера:

5. Преимущества ультразвукового уровнемера:

6. Ограничения ультразвукового уровнемера:

Принцип работы ультразвукового датчика уровня

Щелкните ниже для получения дополнительных технических характеристик ультразвукового измерителя уровня

Дюжина способов измерения уровня жидкости и принцип их работы — Измерение уровня | Датчики уровня | Датчики уровня

Технологии измерения уровня на переходном этапе

Установленные технологии определения уровня

Сводка

Измерение уровня [17 принципов работы]

Методы непрерывного измерения уровня

1. Смотровое стекло указателя уровня

2. Поплавковый указатель уровня

3. Принцип буйкового уровнемера

4. Принцип серво датчика уровня

5. Принцип датчика веса и уровня кабеля

6. Принцип магнитного уровнемера

7. Принцип резистивной цепи

8. Принцип измерения гидростатического уровня

9. Принцип пузырьковой трубки

10. Принцип емкостного датчика уровня

11. Принцип ультразвукового датчика уровня

12. Магнитострикционный принцип

13. Принцип бесконтактного радара

14. Принцип волноводного радара

15.Принцип действия лазерного уровнемера

16. Принцип тензодатчика

17. Принцип измерения уровня ядер

Какая технология решает вашу проблему?

типов уровнемеров и как они работают?

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ