מהו חיישן מפלס קולי?

חיישן מפלס קולי, הידוע גם כמדדי מפלס נוזלים קוליים, הם מכשירי מדידת מפלס ללא מגע-. הם כוללים דיוק גבוה, התקנה קלה ותחזוקה מינימלית. נפוץ למדידת רמות נוזל במיכלים שונים, כמו גם מפלסי מים בתעלות, בריכות, מאגרי מים, נהרות, אגמים וימים, הם יכולים גם למדוד רמות ממשק והפרשי מפלסים. הם מתאימים במיוחד לשפכים ולסביבות קורוזיביות. בשימוש בשילוב עם מיכלים ומדמים ליצירת מדי זרימה של ערוצים פתוחים, הם יכולים גם למדוד את קצב הזרימה. לכן, הם נמצאים בשימוש נרחב יותר ויותר בתעשיות ובתחומים רבים כגון פלדה, פטרוכימיה, טיפול במים וחיסכון במים.

מותקן על חלקו העליון של מיכל, מד הרמה האולטראסוני, בשליטה של ​​יחידה אלקטרונית, פולט אלומה של פולסים אולטראסוניים לעבר האובייקט הנמדד. גלי הקול מוחזרים על ידי פני העצם, וחלק מההד המוחזר נקלט על ידי הגשושית ומומר לאות חשמלי. הזמן מרגע פליטת הגל האולטראסוני ועד לקליטתו הוא פרופורציונלי למרחק בין הגשושית לעצם הנמדד. היחידה האלקטרונית מזהה את הזמן הזה ומחשבת את המרחק הנמדד על סמך מהירות הקול הידועה. המרחק מהגשש לתחתית המיכל מינוס המרחק מהגשושית למפלס הנוזל שווה לגובה הנוזל בפועל או לגובה המפלס. זה משמש להמרת גובה מפלס הנוזל לאות זרם של 4~20 mA או אות מתח של 1~5 וולט ליציאה. לחלופין, ניתן לשדר אותו למרכז הבקרה באמצעות תקשורת RS485, HART או GPRS. מכיוון שלטמפרטורה יש השפעה משמעותית על מהירות הקול, על המכשיר למדוד את טמפרטורת הסביבה כדי לתקן את מהירות הקול.

בהשוואה לסוגים אחרים של מדי מפלס, לחיישני מפלס קוליים יש את היתרונות הבאים:

(1) מדידה ללא-מגע: המתמר האולטראסוני מותקן מעל פני הנוזל ואינו יוצר קשר עם המדיום הנמדד. זה מאפשר מדידה נוחה של נוזלים קורוזיביים, צמיגים או רעילים, הימנעות קורוזיה או זיהום על ידי הנוזל הנמדד וביטול דרישות תחזוקה.

(2) צדדיות טובה: מד המפלס יכול למדוד את מפלס הנוזל בתעלות פתוחות כמו גם במיכלי אחסון גדולים.

התקנה ופירוק קלים.

(3) יכולת הסתגלות חזקה: יש לו מגוון רחב של יישומים ואינו מושפע מהצפיפות, הקבוע הדיאלקטרי או המוליכות של המדיום. זה מותאם מאוד לתכונות הפיזיקליות הכימיות של הנוזל הנמדד. (4) מתאים למדידת רמת נוזלים רעילים, קורוזיביים וצמיגות- גבוהה, תוך התגברות על החסרונות של מדי מפלס אחרים בסביבות מדידה קשות כאלה.

(5) כמעט ללא חלקים מכניים נעים, ללא בלאי, חיי שירות ארוכים ומשקל קל. האלמנט הפיאזואלקטרי בתוך המתמר רוטט בתדרים אקוסטיים, עם משרעת קטנה, חיים ארוכים ויציבות טובה.

החסרונות כוללים בעיקר: כאשר הנוזל הנמדד נדיף, צפיפות אוויר לא אחידה מעל פני הנוזל עלולה להוביל לשגיאות מדידה גדולות יותר; כאשר למשטח הנוזל הנמדד יש גליות גדולות, הוא יכול בקלות לגרום להחזרי גלי קול כאוטיים, וכתוצאה מכך לשגיאות. בנוסף, למדדי מפלס קולי יש אזורים עיוורים בלתי נמנעים בעת מדידת רמות נוזל, מה שמקשה על מדידות מרחקים קצרים.

מדי רמה קוליים משולבים משלבים את הגשש האולטסוני, יחידת עיבוד האותות, התצוגה וכו', למכשיר אחד. כל פונקציות המדידה והבקרה הושלמו בתוך אותו דיור.

התקנה קלה: בשל המבנה הקומפקטי שלו, יש לתקן רק מכשיר אחד במהלך ההתקנה, ולבטל הליכי חיווט והתקנה מורכבים. פונקציונליות מקיפה: מתאים לסביבות תעשייתיות קשות, עם דירוגי הגנה עד IP66/IP67. דגמים מרובים זמינים, כגון סוגים-עמידים בפני קורוזיה ו-פיצוץ.

כיול פשוט: העיצוב המשולב מפשט ומפשט את תהליך הכיול, ודורש בדרך כלל כיול של המערכת כולה ולא מספר רכיבים נפרדים.

מדי רמה משולבים על קוליים נמצאים בשימוש נפוץ במיכלי אגירה, טיפול בשפכים תעשייתיים, כלי תגובה כימיים ובריכות מים רדודים.

מדי רמה אולטראסוניים מסוג -מפוצלים: מדי רמה אולטרא-קוליים מסוג - מפוצלים מורכבים מבדיקה נפרדת ויחידת עיבוד אותות. הגשש מותקן בנקודת המדידה, בעוד שניתן להתקין את יחידת עיבוד האותות בחדר בקרה או במיקום נוח אחר הרחק מנקודת המדידה. השניים מחוברים באמצעות כבל.

יכולת מונעת-הפרעות חזקה: כאשר הבדיקה ויחידת עיבוד האותות מופרדות, ניתן להרחיק את יחידת עיבוד האותות מאזורים עם טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה או הפרעות אלקטרומגנטיות חזקות, ובכך לשפר את דיוק המדידה והאמינות.

תפעול קל: יחידת עיבוד האותות כוללת בדרך כלל מסך תצוגה גדול יותר ויותר ממשקי הפעלה, מה שמקל על התאמות וניטור על ידי המפעילים.

יכולת הסתגלות גבוהה: העיצוב המפוצל מאפשר לו להסתגל לסביבות מדידה קשות, כגון טמפרטורה- גבוהה, גז מאכל או סביבות נוזלים. הגשש יכול להיות עשוי מחומרים מיוחדים כדי לעמוד בתנאים אלה.

מדי מפלסים אולטראסוניים מסוג -מפוצלים מתאימים למדידת מפלס במיכלי אחסון גדולים, תהליכים מורכבים ובסביבות טמפרטורה- גבוהות או קורוזיביות מאוד. הם מתאימים במיוחד ליישומים הדורשים הפעלה מרחוק או הגנה מפני הפרעות סביבתיות.

1. טווח מדידה ושטח מת
טווח מדידה ואזור מת הם שני אינדיקטורים חשובים של מדי רמה קוליים.

טווח המדידה מייצג את הטווח המקסימלי שמד המפלס יכול למדוד, המשקף את רגישות המתמר. במילים אחרות, ככל שטווח המדידה גדול יותר, כך הרגישות גבוהה יותר. רוב היצרנים מציינים את טווח המדידה למשטח נוזל חלק, אך במדידה בפועל, תנודות ברמת הנוזל, חפצים צפים על פני השטח ונוכחות אבק או אדים בחומר המוצק הנמדד עלולים לגרום לטווח המדידה לרדת מהערך הנומינלי.

האזור המת, הידוע גם כאזור העיוור, הוא המרחק שמד הרמה האולטראסוני אינו יכול למדוד עקב רעידות משנה של המתמר האולטראסוני. לדוגמה, אזור מת של 30 ס"מ פירושו שכאשר המרחק בין משטח הנוזל לבדיקה הוא פחות מ-30 ס"מ, המדידה לא תתאפשר. לכן, עבור מוצרים עם אותו טווח מדידה, אזור מת קטן יותר מצביע על עיצוב מתמר טוב יותר; זה גם מקל על ההתקנה עבור מדידות במיכלים סגורים או עם טווחי מדידה קצרים.

2. טמפרטורה ודיוק
טווח הטמפרטורות מצוין בעיקר כ-20 ~ 60 מעלות. מכיוון שלרוב מדי הרמה המשתמשים בתצוגות LCD יש טווח טמפרטורת פעולה מוגבל לגבול מסוים עבור מסך ה-LCD; חריגה מטווח זה תגרום לתקלות. אם מתעלמים מהמגבלות של תצוגת ה-LCD, טווח טמפרטורת הפעולה הוא בדרך כלל -40 עד 80 מעלות. בנסיבות רגילות, טמפרטורת ההפעלה של מתמרים קוליים עולה רק לעתים רחוקות על 150 מעלות: מעבר ל-150 מעלות עלול להזיק בקלות לקרמיקה הפיזואלקטרית שבתוכה, לכן 150 מעלות יכולות להיחשב כטמפרטורה הרסנית מוחלטת. יתר על כן, חומרים מסוימים המשמשים בתהליך הייצור של מתמרים קוליים אינם יכולים לפעול לתקופות ממושכות בטמפרטורות מעל 100 מעלות; לכן, מגבלת הטמפרטורה המקסימלית עבור רוב המתמרים היא 100 מעלות.

למה לשקול דיוק וטמפרטורה ביחד? מכיוון שבאוויר, שגיאת מדידת טמפרטורה של מעלה אחת משפיעה על מהירות הקול ב-0.6 מ'/שניה. ב-20 מעלות ו-1 אטמוספירה, מהירות הקול היא כ-340 מטר לשנייה. לפיכך, ההשפעה על טעות המדידה מחושבת ל-0.17%; אם שגיאת מדידת הטמפרטורה עולה על 3 מעלות, שגיאת מדידת הרמה תחרוג מהטווח הנומינלי של 0.5% עבור רוב היצרנים. במציאות, הדיוק של 0.5% הוא עבור תנאי טמפרטורה ולחץ רגילים. בטמפרטורות גבוהות או נמוכות יותר, דיוק המדידה עשוי לעלות על 0.5%. שגיאות מדידה גדלות גם בסביבות עם שיפוע טמפרטורה או שינויי טמפרטורה מהירים. יתר על כן, להרכב הגז יש את ההשפעה הגדולה ביותר על דיוק המדידה. לדוגמה, בנוכחות נוזלים נדיפים, אידוי הנוזל משנה את הרכב האוויר, אשר בתורו משנה את מהירות קול הגז, ובסופו של דבר גורם לשגיאות מדידה.

3. לחץ
בלחץ שלילי, מדידה אולטרסאונד אינה מומלצת בדרך כלל מכיוון שההתפשטות האולטרסאונד מושגת באמצעות גז. לחץ שלילי פירושו שהאוויר בפנים נדיר. התפשטות אולטרסאונד באוויר נדיר גורמת לשתי בעיות: ראשית, מהירות הקול משתנה, מה שגורם לשגיאות מדידה; שנית, הנחתה של גלי הקול עולה באוויר הנדיר, מה שמוביל לטווח מדידה מופחת או אפילו למניעת מדידה לחלוטין.

4. קורוזיביות
קורוזיביות של מדי מפלס בודקת בעיקר את החומר של הגשושית. בסביבות חומציות או אלקליות חלשות, מספיקות קליפות פלסטיק רגילות. קונכיות פוליטטראפלואורואתילן (PTFE) יכולות לעמוד ברוב החומצות והאלקליות החזקות. ראוי לציין שאם החומר הנמדד הוא מאוד קורוזיבי ונדיף, עדיף למרוח דבק על המעגל בעת שימוש במד מפלס משולב. הסיבה לכך היא שרוב הבתים העמידים למים אינם עמידים בגז-; ברגע שגז ייכנס לציוד, הוא ישחד את לוח המעגלים.