Ултразвукови сензори за измерване на ниво

Измервателна техникаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 4, 2008

Широка област на приложение, добри метрологични характеристики, измерване на течности и твърди вещества

Сред многобройните и различаващи се като принцип на работа и приложна област технически средства за измерване нивото на течности и твърди вещества, ултразвуковите нивомери се ползват със завидно доверие. Това се дължи на факта, че те се използват както за непрекъснат мониторинг на нивото в съда, така и за измерване на гранични стойности. Те са и сред малкото измервателни уреди, които са подходящи за измерване нивото и на течности и на твърди вещества. Могат да работят с чисти, лепкави и агресивни флуиди, с някои суспензии и аерирани течности, както и с агресивни и абразивни вещества.

Принципът им на работа се базира на генерирането на ултразвукови импулси с направление към дъното на резервоара. Нивото на запълване на резервоара е функция на периода, за който един ултразвуков импулс изминава разстоянието до повърхността на работното среда, отразява се в нея и се връща обратно в приемника. При измерването на ниво с ултразвуковите сензори, вискозитетът, плътността и диелектричната константа на работната среда не оказват влияние. Но при използването на тези измервателни прибори е необходимо да се отчете фактът, че намиращите се по траекторията на генерираните ултразвукови вълни части от резервоара представляват източници на паразитни сигнали.

Безконтактни и контактни ултразвукови сензори

Съществуват два основни вида ултразвуково измерване на ниво - безконтактно и контактно. Безконтактните ултразвукови сензори се използват както за непрекъснато измерване на процесната характеристика ниво, така и за сигнализация при достигане на нивото до определени стойности. Както вече бе посочено, в моделите, които осигуряват пълен мониторинг на текущото запълване, нивото се определя чрез генериране на високочестотни ултразвукови импулси с направление на разпространение към дъното на резервоара. Измерва се времето, за което сигналът, излъчен от сензора, достига повърхността на съда, отразява се от нея и се връща обратно в датчика. Отчетеният период е функционално зависим от нивото на течността в съда. Принципът на действие на безконтактните ултразвукови сензори за ниво, които са предназначени да сигнализират за достигане на средата до определено ниво, се състои в излъчване на ултразвуков сигнал с определена честота, който задейства изходно реле.

При контактно измерване на ниво посредством ултразвук в предната потопяема част на сензора се оформя канал, през който се предава генерираният сигнал. Датчиците от този вид се използват за дискретно определяне височината на запълване на резервоара. В някои конструкции при достигане на течността до сензора се включва изпълнително реле, докато при понижаване на нивото генерираният сигнал се разсейва.

Температурен работен диапазон на сензорите

Както всеки измервателен метод, и ултразвуковият принцип е приложим в определени граници на изменение на температурата на процесната среда. За ултразвуковите сензори, предназначени за аналогово измерване, се препоръчва температурата на измерваното вещество да е в диапазона от -40 до 90 оС. При ултразвуковите сензори за дискретно измерване диапазонът е малко по-голям, като долната граница отново е -40 оС, но горната достига до 160 оС.

По отношение на този показател, ултразвуковите сензори значително отстъпват на радарните, както и на хидростатичните, капацитивните и радиометричните сензори, при които температурният диапазон е доста по-широк. За радарните той е в границите от -40 до 200 оС, за хидростатичните - диапазонът е от -75 до 400 оС, за капацитивните е от -150 до 550 оС, а за радиометричните сензори - от -150 до над 550 оС. Към хидростатичните и капацитивните методи обаче съществуват ограничения по отношение на вида на веществото и начина на измерване. Хидростатичните сензори се препоръчват единствено за непрекъснато измерване предимно на нивото на течности, а капацитивните не са подходящи за непрекъснато измерване на насипни материали. Радарните сензори, например, се препоръчват за измерване на гранични стойности на течни материали.

Налягането на средата при ултразвуковите методи

В зависимост от налягането на измерваното вещество, ултразвуковите сензори за аналогово измерване се характеризират с доста ограничена област на приложение. Използването им е препоръчително за налягане до 1 bar. Ултразвуковите сензори за дискретно измерване се характеризират със значително по-голяма област на приложение, достигаща до 70 bar. В това отношение хидростатичните и радиометричните сензори отново имат по-добри характеристики. Радиометричните се използват до 700 bar, а хидростатичните до 500 bar. Радарните се препоръчват до 30 bar, а границите на приложение на капацитивните съвпадат с тези на ултразвуковите за дискретно измерване.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top