Los sensores de nivel ultrasónicos, también conocidos como medidores ultrasónicos de nivel de líquido, son instrumentos de medición de nivel sin-contacto. Presentan alta precisión, fácil instalación y mínimo mantenimiento. Comúnmente utilizados para medir niveles de líquidos en varios contenedores, así como niveles de agua en canales, piscinas, embalses, ríos, lagos y mares, también pueden medir niveles de interfaz y diferencias de nivel. Son particularmente adecuados para aguas residuales y ambientes corrosivos. Cuando se utilizan junto con tanques y vertederos para formar medidores de flujo de canal abierto, también pueden medir el caudal. Por lo tanto, se utilizan cada vez más en muchas industrias y campos como el acero, la petroquímica, el tratamiento y la conservación del agua.
Principio de medición del sensor de nivel ultrasónico.
Instalado en la parte superior de un contenedor, el indicador de nivel por ultrasonidos, bajo el control de una unidad electrónica, emite un haz de impulsos ultrasónicos hacia el objeto que se está midiendo. Las ondas sonoras son reflejadas por la superficie del objeto y parte del eco reflejado es recibido por la sonda y convertido en una señal eléctrica. El tiempo desde la emisión de la onda ultrasónica hasta su recepción es proporcional a la distancia entre la sonda y el objeto que se está midiendo. La unidad electrónica detecta este tiempo y calcula la distancia medida basándose en la velocidad conocida del sonido. La distancia desde la sonda hasta el fondo del tanque menos la distancia desde la sonda hasta el nivel del líquido es igual al nivel real del líquido o a la altura del nivel. Esto se utiliza para convertir la altura del nivel de líquido en una señal de corriente de 4~20 mA o una señal de voltaje de 1~5 V para salida. Alternativamente, se puede transmitir al centro de control mediante comunicación RS485, HART o GPRS. Dado que la temperatura tiene un impacto significativo en la velocidad del sonido, el instrumento debe medir la temperatura ambiente para corregir la velocidad del sonido.
Ventajas y desventajas de los medidores de nivel ultrasónicos.
En comparación con otros tipos de medidores de nivel, los sensores de nivel ultrasónicos tienen las siguientes ventajas:
(1) Medición sin-contacto: el transductor ultrasónico se instala sobre la superficie del líquido y no entra en contacto con el medio medido. Esto permite una medición conveniente de líquidos corrosivos, viscosos o tóxicos, evitando la corrosión o contaminación por el líquido medido y eliminando los requisitos de mantenimiento.
(2) Buena versatilidad: el indicador de nivel puede medir el nivel del líquido tanto en canales abiertos como en grandes tanques de almacenamiento.
Fácil instalación y desmontaje.
(3) Gran adaptabilidad: tiene una amplia gama de aplicaciones y no se ve afectada por la densidad, la constante dieléctrica o la conductividad del medio. Es altamente adaptable a las propiedades fisicoquímicas del líquido medido. (4) Adecuado para medir el nivel de líquidos tóxicos, corrosivos y de alta-viscosidad, superando las deficiencias de otros medidores de nivel en entornos de medición tan hostiles.
(5) Casi sin piezas mecánicas móviles, sin desgaste, larga vida útil y peso ligero. El elemento piezoeléctrico dentro del transductor vibra a frecuencias acústicas, con pequeña amplitud, larga vida y buena estabilidad.
Las desventajas incluyen principalmente: cuando el líquido medido es volátil, la densidad desigual del aire sobre la superficie del líquido puede provocar errores de medición mayores; cuando la superficie del líquido medida tiene grandes ondulaciones, puede provocar fácilmente reflejos caóticos de las ondas sonoras, lo que da lugar a errores. Además, los medidores de nivel ultrasónicos tienen zonas ciegas inevitables al medir niveles de líquidos, lo que dificulta las mediciones a corta distancia-.
Diferencia entre medidores de nivel ultrasónicos de tipo integrado y dividido-
Los medidores de nivel ultrasónicos integrados integran la sonda ultrasónica, la unidad de procesamiento de señales, la pantalla, etc., en un solo dispositivo. Todas las funciones de medición y control se realizan dentro de la misma carcasa.
Fácil instalación: debido a su estructura compacta, solo es necesario fijar un dispositivo durante la instalación, lo que elimina complejos procedimientos de instalación y cableado. Funcionalidad integral: Adecuado para entornos industriales hostiles, con grados de protección de hasta IP66/IP67. Hay varios modelos disponibles, como los tipos resistentes a la corrosión-y a prueba de explosiones-.
Calibración simplificada: el diseño integrado simplifica y simplifica el proceso de calibración, que generalmente requiere la calibración de todo el sistema en lugar de múltiples componentes separados.
Los medidores de nivel ultrasónicos integrados se utilizan comúnmente en tanques de almacenamiento, tratamiento de aguas residuales industriales, recipientes de reacción química y piscinas de agua poco profundas.
Medidores de nivel ultrasónicos de tipo dividido-: Los medidores de nivel ultrasónicos de tipo dividido-constan de una sonda separada y una unidad de procesamiento de señal. La sonda se instala en el punto de medición, mientras que la unidad de procesamiento de señales se puede instalar en una sala de control u otra ubicación conveniente alejada del punto de medición. Los dos están conectados por un cable.
Fuerte capacidad anti-interferencia: con la sonda y la unidad de procesamiento de señales separadas, la unidad de procesamiento de señales se puede mantener alejada de áreas con alta temperatura, alta presión o fuerte interferencia electromagnética, mejorando así la precisión y confiabilidad de la medición.
Operación sencilla: la unidad de procesamiento de señales generalmente presenta una pantalla más grande y más interfaces operativas, lo que facilita los ajustes y el monitoreo por parte de los operadores.
Alta adaptabilidad: el diseño dividido le permite adaptarse a entornos de medición hostiles, como entornos de alta-temperatura y gases corrosivos o líquidos. La sonda puede fabricarse con materiales especiales para soportar estas condiciones.
Los medidores de nivel ultrasónicos de tipo dividido-son adecuados para medir el nivel en grandes tanques de almacenamiento, procesos complejos y entornos de alta-temperatura o altamente corrosivos. Son especialmente adecuados para aplicaciones que requieren operación remota o protección contra interferencias ambientales.
Especificaciones técnicas clave de los medidores de nivel ultrasónicos
1. Rango de medición y zona muerta
El rango de medición y la zona muerta son dos indicadores importantes de los medidores de nivel ultrasónicos.
El rango de medición representa el rango máximo que el medidor de nivel puede medir, reflejando la sensibilidad del transductor. En otras palabras, cuanto mayor sea el rango de medición, mayor será la sensibilidad. La mayoría de los fabricantes especifican el rango de medición para una superficie líquida lisa, pero en la medición real, las fluctuaciones del nivel del líquido, los objetos flotantes en la superficie y la presencia de polvo o vapor en el material sólido medido pueden hacer que el rango de medición no alcance el valor nominal.
La zona muerta, también conocida como zona ciega, es la distancia que el medidor de nivel ultrasónico no puede medir debido a las réplicas del transductor ultrasónico. Por ejemplo, una zona muerta de 30 cm significa que cuando la distancia entre la superficie del líquido y la sonda sea inferior a 30 cm, no será posible realizar la medición. Por lo tanto, para productos con el mismo rango de medición, una zona muerta más pequeña indica un mejor diseño del transductor; también facilita la instalación para mediciones en tanques cerrados o con rangos de medición cortos.
2. Temperatura y precisión
El rango de temperatura se especifica principalmente entre -20 y 60 grados. Debido a que la mayoría de los medidores de nivel que utilizan pantallas LCD tienen un rango de temperatura de funcionamiento limitado a un cierto límite para la pantalla LCD; exceder este rango causará fallas de funcionamiento. Si no se tienen en cuenta las limitaciones de la pantalla LCD, el rango de temperatura de funcionamiento suele ser de -40 a 80 grados. En circunstancias normales, la temperatura de funcionamiento de los transductores ultrasónicos rara vez supera los 150 grados: exceder los 150 grados puede dañar fácilmente la cerámica piezoeléctrica del interior, por lo que 150 grados puede considerarse una temperatura absolutamente destructiva. Además, algunos materiales utilizados en el proceso de fabricación de transductores ultrasónicos no pueden funcionar durante períodos prolongados a temperaturas superiores a los 100 grados; por lo tanto, el límite máximo de temperatura para la mayoría de los transductores es 100 grados.
¿Por qué considerar juntas la precisión y la temperatura? Porque en el aire, un error de medición de temperatura de 1 grado afecta la velocidad del sonido en 0,6 m/s. A 20 grados y 1 atmósfera, la velocidad del sonido es de aproximadamente 340 m/s. Por tanto, el impacto en el error de medición se calcula en 0,17%; Si el error de medición de temperatura excede los 3 grados, el error de medición de nivel excederá el rango nominal del 0,5% para la mayoría de los fabricantes. En realidad, la precisión del 0,5% es para condiciones normales de temperatura y presión. A temperaturas más altas o más bajas, la precisión de la medición puede exceder el 0,5%. Los errores de medición también aumentan en entornos con gradientes de temperatura o cambios rápidos de temperatura. Además, la composición del gas tiene el mayor impacto en la precisión de la medición. Por ejemplo, en presencia de líquidos volátiles, la evaporación del líquido cambia la composición del aire, lo que a su vez cambia la velocidad del sonido del gas y, en última instancia, provoca errores de medición.
3. Presión
Bajo presión negativa, generalmente no se recomienda la medición ultrasónica porque la propagación del ultrasonido se logra a través del gas. La presión negativa significa que el aire del interior está enrarecido. La propagación del ultrasonido en aire enrarecido causa dos problemas: en primer lugar, la velocidad del sonido cambia, provocando errores de medición; en segundo lugar, la atenuación de las ondas sonoras aumenta en el aire enrarecido, lo que lleva a un rango de medición reducido o incluso impide la medición por completo.
4. Corrosividad
La corrosividad de los indicadores de nivel prueba principalmente el material de la sonda. En entornos ligeramente ácidos o alcalinos son suficientes las carcasas de plástico habituales. Las cubiertas de politetrafluoroetileno (PTFE) pueden resistir la mayoría de los ácidos y álcalis fuertes. Vale la pena señalar que si la sustancia que se mide es altamente corrosiva y volátil, es mejor aplicar adhesivo a la placa de circuito cuando se utiliza un medidor de nivel integrado. Esto se debe a que la mayoría de las carcasas impermeables no son a prueba de gas-; Una vez que el gas ingresa al equipo, corroerá la placa de circuito.
