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.