Ультразвуковые уровнемеры: принцип работы и особенности
Ультразвуковые уровнемеры - незаменимые помощники во многих отраслях промышленности. Они позволяют точно контролировать уровень жидкостей и сыпучих материалов в резервуарах. Но как они работают? Давайте разберемся!
Принцип работы ультразвуковых уровнемеров
Основой работы ультразвуковых уровнемеров являются ультразвуковые волны высокой частоты. Излучатель генерирует ультразвуковые импульсы, которые направляются в емкость. Достигнув поверхности жидкости или сыпучего материала, сигнал отражается и возвращается к приемнику уровнемера.
Встроенная электроника замеряет время прохождения сигнала от излучателя до поверхности продукта и обратно. По известной скорости распространения ультразвука в газовой среде над продуктом вычисляется значение уровня.
Уровень жидкости обратно пропорционален времени прохождения ультразвукового сигнала.
Таким образом, ультразвуковой уровнемер является прибором непрямого действия - он определяет уровень, не контактируя с измеряемой средой. Это позволяет использовать его с агрессивными или токсичными жидкостями и материалами.
Типы ультразвуковых уровнемеров
Существует несколько разновидностей ультразвуковых уровнемеров:
- По расположению относительно емкости: Устанавливаемые сверху емкости Устанавливаемые снизу емкости Устанавливаемые на боковой поверхности емкости
- По конструкции корпуса: Моноблочные С отдельным блоком электроники
- По точности измерений: Стандартные (погрешность 0.5-1%) Высокоточные (погрешность 0.2-0.3%)
Они могут отличаться также по диапазону измерений, выходным сигналам, исполнению по взрывозащите и другим параметрам.
Достоинства и недостатки
К достоинствам ультразвуковых уровнемеров можно отнести:
- Высокую точность измерений
- Применимость для различных жидкостей и сыпучих материалов
- Возможность непрерывного контроля уровня в реальном времени
Однако есть и некоторые ограничения:
- Невозможность применения при высокой турбулентности продукта
- Сложность или невозможность использования в узких или очень высоких емкостях со сложной геометрией
В таких случаях приходится использовать другие методы измерения уровня.
Области применения
Ультразвуковые уровнемеры широко используются в различных отраслях промышленности.
В нефтяной и газовой отрасли они применяются для контроля уровня нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов в резервуарах и емкостях.
В пищевой промышленности уровнемеры используются при хранении и переработке жидких пищевых продуктов - молока, масел, напитков и т.д.
В фармацевтической отрасли они незаменимы при производстве и хранении лекарственных средств, учитывая высокие требования к чистоте и безопасности.
Ультразвуковые уровнемеры применяются также в коммунальном хозяйстве для контроля уровня воды, стоков и осадков в резервуарах и отстойниках очистных сооружений.
Выбор ультразвукового уровнемера
Чтобы выбрать оптимальный ультразвуковой уровнемер для конкретных условий применения, необходимо:
- Оценить параметры емкости и свойства контролируемой среды
- Определить требуемые функции и технические характеристики прибора
- Подобрать модель уровнемера с нужными параметрами и исполнением
Например, для контроля бензина в резервуаре потребуется взрывозащищенный уровнемер со специальным исполнением датчика.
Монтаж и настройка
Монтаж ультразвуковых уровнемеров должен производиться в соответствии с инструкцией производителя.
Существуют различные варианты крепления на емкости:
- На верхней крышке
- На днище
- На боковой поверхности
После монтажа выполняют подключение к источнику питания и интерфейсам связи, если требуется передача данных.
Далее производят настройку диапазона измерения, порогов срабатывания, реакции на помехи и других параметров через цифровые интерфейсы или кнопки на корпусе probe ультразвуковой уровнемер .
Техническое обслуживание
Для обеспечения максимально точных показаний уровнемера требуется периодическое техобслуживание.
К основным процедурам относятся:
- Визуальный осмотр целостности корпуса и кабелей
- Проверка плотности креплений
- Очистка membranes и защитных экранов от загрязнений
- Тестирование работоспособности и юстировка
С регулярным ТО уровнемер будет долгие годы обеспечивать высокую надежность работы системы учета или автоматизированного контроля.
Перспективы развития ультразвуковых уровнемеров
Ведущие производители нацелены на дальнейшее развитие этого класса приборов.
Основными трендами являются:
- Повышение точности до 0.15-0.2%
- Расширение функционала
- Улучшение эргономики и удобства использования
Это позволит сделать ультразвуковые уровнемеры еще более востребованными на рынке КИПиА.
Программное обеспечение для ультразвуковых уровнемеров
Современные ультразвуковые уровнемеры оснащаются встроенным программным обеспечением, которое выполняет следующие функции:
- Обработка и анализ данных, полученных с датчиков
- Вычисление текущего уровня и объема продукта в емкости
- Коррекция погрешностей с учетом температуры, давления и других факторов
- Фильтрация показаний от ложных отражений и шумов
В мощных моделях используется адаптивное ПО, которое оптимизирует работу датчика в режиме реального времени.
Интерфейсы и протоколы передачи данных
Для интеграции в системы АСУ ТП или коммерческого учета уровнемеры оснащаются цифровыми интерфейсами:
- RS-485
- Ethernet
- Profibus
Используются открытые промышленные протоколы: Modbus RTU/TCP, HART, FF и др.
Обеспечение взрывозащиты уровнемеров
Для применения в опасных зонах ультразвуковые уровнемеры должны иметь взрывозащищенное исполнение.
Доступны следующие виды взрывозащиты:
- Искробезопасная цепь Exi
- Корпус под избыточным давлением Exp
- Взрывонепроницаемая оболочка Exd
Выбор конкретного типа определяется категорией и классом опасной зоны на объекте.
Системы на базе ультразвуковых уровнемеров
Ультразвуковые уровнемеры могут быть компонентами следующих систем:
- Автоматического контроля и регулирования уровня
- Коммерческого учета жидких и сыпучих продуктов
- Автоматического управления насосами и задвижками
В этих системах уровнемеры дополняются блоками обработки, исполнительными механизмами, преобразователями и датчиками других физических величин.