Ултразвукови нивомери
Начало > Измервателна техника > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 2, 2008
Подходящи за течни и твърди вещества, контактно и безконтактно, точково и непрекъснато измерване
Сред най-често измерваните и контролирани процесни характеристики в индустрията е нивото на запълване на съдове с течности или твърди вещества. Многобройни и различни са методите и техническите средства, използвани за определянето на текущото ниво на запълване на резервоари или сигнализиране при достигане на веществата до определено, предварително зададено ниво. Сред многообразието от измервателни технологии, сериозен пазарен дял имат ултразвуковите нивомери. И това далеч не е случайно. Ултразвуковите методи са сред малкото измервателни технологии, подходящи за измерване на нивото, както на течности, така и на твърди материали, даващи възможност за извършване, както на непрекъснат мониторинг, така и на измерване на гранични стойности.
За избора на измервателна технология
Успешното решаване на всяка техническа задача, свързана с измерване на процесната характеристика ниво, в значителна степен зависи от избора на подходяща за конкретното приложение измервателна технология.
За определянето нивото на течност или твърд материал в даден съд се използват различни методи за измерване, при които промените във височината на запълване на резервоара се преобразуват в определена изходна величина. Всеки от намиращите приложение в практиката методи се характеризира с редица предимства и недостатъци, които го правят повече или по-малко приложим в зависимост от конкретните условия на измерване. Универсален метод за контактно или безконтактно измерване на ниво, подходящ за всякакви работни условия и производствени задачи, на практика не съществува. В сравнение с някои от останалите методи за измерване на ниво, обаче, ултразвуковите методи се характеризират с някои по-добри характеристики. Направени проучвания на пазарите в западноевропейските държави свидетелстват, че ултразвуковите нивомери държат сериозен пазарен дял сред различните нивоизмервателни технологии. В интерес на истината следва да се отбележи, че през последните години е налице отчетлива тенденция към все по-широко използване на радарни нивомери, но това не е намалило доверието на потребителя към ултразвуковите прибори.
Видове нивоизмервателни средства
В зависимост от характера на генерирания изходен сигнал, измерването на ниво би могло да се класифицира в две основни категории - дискретно (точково) и непрекъснато. Сензорите от първата група регистрират нивото на течността или твърдите вещества при достигането до определени точки от височината на резервоара. Основното предназначение на тези сензори е да сигнализират при наличие на течност или твърдо вещество в определените предварително гранични положения на работния съд. Дискретното измерване на ниво се използва за алармиране на опасност от препълване, респективно изпразване на резервоарите, както и за указване на оптимално ниво или интервал на запълване на съдовете с определени вещества или материали. Когато височината на запълване се отчита само в определени точки от съда, средствата за измерване се наричат нивосигнализатори.
Сензорите от втория тип осигуряват непрекъснат мониторинг на изменението на нивото на течностите или твърдите вещества в резервоарите за работния обхват на датчика. Стойността на изходния сигнал съответства на текущото запълване на съда с течност. Обикновено, уредите с непрекъсната индикация на нивото се наричат нивомери.
Разработени са конструкции сензори, функциониращи на базата на измервателни методи, които позволяват едновременно точково и непрекъснато измерване на нивото.
Същност на ултра-звуковата технология
Ултразвуковите методи осигуряват контактно и безконтактно измерване на височината на запълване на резервоара, независимо от промените в плътността и диелектричните свойства на течността. Ултразвуковите сензори могат да работят с чисти, лепкави и агресивни флуиди, при наличие на твърди частици, както и с някои суспензии и аерирани течности. Ултразвуковите уреди са подходящи да се използват при агресивни и абразивни вещества. Намират приложение и когато електрическите параметри на веществото се променят. Използват се също и в случаите, когато е възможно резервоарът да е напълно изпразнен, както и за измерване нивото в резервоари с взривоопасни вещества.
Ултразвуковият метод се основава на генериране на високочестотни ултразвукови импулси, имащи направление на разпространение към дъното на резервоара. Нивото на запълване на резервоара е функционално зависимо от периода, за който един ултразвуков импулс изминава разстоянието до повърхността на работната среда и се връща обратно в приемника, след отразяването си от нея. Резултатът се получава на базата на изчисляване на времето от излъчването до връщането на звуковите импулси. Работната честота на ултразвуковите сензори е около 40 kHz. Диапазонът на измерване обикновено е до 20 m, а препоръчителната температура на околната среда е от 0 до 30 оС.
За точността на измерването
Точността на метода се определя в значителна степен от избора на подходящо място за монтаж на сензора. При използването на ултразвукови измервателни прибори е необходимо да се отчете, че намиращите се по траекторията на генерираните ултразвукови вълни части от резервоара представляват източници на паразитни сигнали, които рязко влошават точността на прибора. Технологията основно не се влияе от вискозитета, плътността и диелектричната константа на работната среда, наличието на пяна, агресивност на средата, запрашеност и замърсители, покритието на стените на резервоара и други.
Достоверността на изходните резултати зависи в различна степен от промени в температурата или налягането на работната среда, както и от повърхностната турбулентност или аерираността, които биха могли да влошат експлоатационните характеристики на прибора до степен на неприложимостта му в конкретното приложение. Препоръчително е също, за да се избегне влиянието на температурата, да се предвиди датчик за температурна корекция. Също така, тези уреди изискват гладка рефлектираща работна повърхност.
Вижте още от Измервателна техника
Новият брой 6/2024
