Ультразвуковой датчик уровня

В качестве затвердевающей массы используется К-153. Демпфер изготавливается из эпоксидной смолы с наполнением  из вольфрамового порошка. Клейка всех деталей производится эпоксидным клеем.

 

5.3. Расчет основных  метрологических характеристик

 

Погрешность измерений вызывается следующими основными причинами:

1) Изменение уровня сигнала.  В процессе контроля амплитуда  электрических импульсов меняется.

2) Изменение длительности переднего фронта эхоимпульса. Погрешность возникает в связи с тем, что затухание в акустическом тракте зависит от частоты.

3) Погрешность индикаторного устройства. По условию погрешность составляет  не более 1%.

4) Ошибка настройки измерения. Ошибка при калибровке прибора вызывает систематическую погрешность при последующих измерениях.

m_o = 1; σ_o = 0.35;

          

    

 

6. Описание организации  работ с использованием разработанного прибора

   Датчик уровня разработан  для измерения уровня в жидкостях.  Датчик уровня устанавливается  вертикально к среде измерения.  Минимальное расстояние между  измеряемой поверхностью и сенсором  должно составлять 30 см. Резервуар  следует проверить на возможные препятствия которые иогут возникнуть на пути рассеивания луча. Могут возникнуть следующие препятствия: приточный трубопровод (потоки); боковые стенки и ребра жесткости резервуара. Ультразвуковой датчик уровня производит 8 импульсов в секунду, которые посылаются с нижней поверхности прибора. Когда импульсы покидают прибор, они расширяются под углом до тех пор пока не соприкоснутся с измеряемой поверхностью. Сенсор генерирует 8 ультразвуковых волн в секунду. При их распространении в воздухе они лишь немного ослабевают. При попадании на поверхность жидкости или твердую поверхность они отражаются и принимаются обратно сенсором. В зависимости от времени с момента излучения до момента приема сенсором обратного луча электроника производит расчет между основанием сенсора и средой, используя при этом прогрессивные методы обработки сигнала, включая температурную компенсацию и подавление нежелательных помех возникающих на пути до измеряемой поверхности для достижения правильного и точного измерения.

 

 

Приложение А. Обзор существующих технических решений

  

   В данном приложении приводится  обзор и анализ  существующих  технических решений в области  посторения ульразвуковых датчиков. 

   Ультразвуковые датчики уровня производят такие фирмы ,как: «Pepperl+Fuchs», «Мurata», «Accu-Point», «Burkert», «Bourns», «Mikroterm» и др.

 

Датчик  производства VEGASON(Германия).

 

 

Применение: измерение уровня жидких и сыпучих веществ. Диапазон измерения: 0,25…5 м для жидких веществ, 0,25…2 м  для сыпучих веществ. Точность измерения: ± 10 мм. Рабочая температура: -40…+80 °С. Рабочее давление: до 3 бар.

 

 

Исполнение	ХХ	стандартное
	GX	ATEX II 1/2D IP66 T

Версия / температура процесса	А	компактная с фланцем / 80 °C
	В	компактная с шарниром на фланце / 80 °C
	С	корпус и антена разделены, присоединение  антены - фланец с шарниром / 80 °C
	D	корпус и антена разделены, присоединение  антены резьбовое / 80 °C
Присоединение/материал	FP	фланец DN250 / PP *
	FA	фланец DN250 / алюминий *
	AS	фланец с шарниром DN50 / 2" / гальв. сталь **
	BS	фланец с шарниром DN80 / 3" / гальв. сталь **
	GS	резьба G 1A / гальв. сталь ***
Электроника	V	четырехпроводная +20...+72 В, ~20...~250 В / 4…20мА HART®
	P	Profibus PA
	F	Foundation Fieldbus
Корпус	D	алюминий, двухкамерное исполнение / IP 66/ IP67
Кабельный вывод	М	М20х1.5
	N	1/2 NPT

Настроечный модуль с ЖК-дисплеем (Plicscom)	Х	нет
	А	есть
* только в исполнении "А"
** только в исполнении "В" и "С"
*** только в исполнении "D"
Длину кабеля для версий "С" и "D" указывать отдельно

 

 

Компактные уровнемеры Prosonic T FMU 130/131/230/231/232.  

Prosonic T - компактный ультразвуковой  уровнемер для бесконтактного  непрерывного измерения уровня  жидких или групногранулированных  сыпучих продуктов. Семейство  Prosonic T включает три преобразователя. FMU 130, 230 - для сыпучих продуктов (с размером частиц более 4 мм) - с диапазоном до 2 м, для жидкостей - с диапазоном до 5 м. FMU 131, 231 - для сыпучих продуктов (с размером частиц более 4 мм) - с диапазоном до 3.5 м, для жидкостей - с диапазоном до 8 м. FMU 232 - для сыпучих продуктов (с размером частиц более 4 мм) - с диапазоном до 7 м, для жидкостей - с диапазоном до 15 м.

 

 

Предназначение

Prosonic Т предназначены для бесконтактного  измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов в условиях агрессивных, взрывоопасных сред при значительных перепадах температуры как измеряемой среды, так и окружающего воздуха. Могут быть использованы для вычисления и индикации объема жидкостей и сыпучих материалов в емкостях.

Применение

В системах водоподготовки и водоочистки, пищевой, химической, нефтехимической, промышленностях в распределенных системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами, а так же в автономном режиме.

Принцип измерения

Основан на определении времени  прохождения ультразвукового сигнала.

Конструкция

Уровнемер представляет собой программируемое  средство измерений и состоит  из ультразвукового датчика и  электронной части в герметичном  корпусе. Настройка прибора осуществляется соответственно условиям применения, как оперативно с помощью кнопок на самом приборе, так и удаленно в программном режиме через различные интерфейсы цифровой коммуникации.

Монтаж

Над поверхностью измеряемой среды  в резьбовом отверстии или  фланцево для FMU 232, а так же на штативе, оправке.

Ультразвуковые уровнемеры Prosonic Т  изготавливаются для конкретных условий применения, под которые  выбираются соответствующие опции  при заказе, и только после этого  прибор поступает в производство.

Опции позволяют реализовать нужные технические данные

взрывозащищенное или обычное  исполнение,

различные виды монтажа: резьбовой, фланцевый, с помощью оправки, специально заказанный,

напряжение питания переменное или постоянное и его значение,

необходимая цифровая коммуникация.

Особенности ультразвуковых уровнемеров Prosonic Т

измерение уровня и расстояния,

программное подавление ложного отраженного  сигнала, установка времени преобразования измерительного сигнала и задержки от 0 до 255 с (используется для исключения ошибки при кратковременном пенообразовании например) и изменение времени преобразования выходного сигнала,

настройка для конкретной области  применения: жидкость/ сыпучий материал, быстрое изменение уровня, открытая/ закрытая емкость, загрузка транспортером, и т.п.

функция самодиагностики прибора (индикация неисправностей и предупреждений в виде кода ошибок и свечения светодиодов), простота настройки и защита данных цифровым паролем,

точность измерений в условиях значительных перепадов температуры  обеспечивается благодаря встроенному температурному датчику,

прибор относительно дешев так  как ультразвуковой датчик и вторичный  преобразователь скомпонованы в  едином корпусе,

настройка прибора выполняется  с помощью 4-х кнопок самого прибора  или удаленно в программном режиме через различные интерфейсы цифровой коммуникации,

и цифровая и графическая индикация  измерительной информации и температуры  ультразвукового датчика на съемном  жидкокристаллическом дисплее или  мониторе компьютера или контроллера.

Основные технические характеристики

Уровнемер Prosonic Т	FMU 130	FMU 230	FMU 131	FMU 231	FMU 232
наименование характеристики	значение характеристики
диапазоны измерений, м  жидкость  сыпучий материал	5		8		15
	2		3,5		7
Зона нечувствительности, м	0,25		0,4		0,6
приведенная погрешность, %	+0,25
рабочая частота, кГц	70		55		37
давление измеряемой среды, МПа	0,3				0,25
выходные сигналы и  питание	2-х провод. соединение  ток. петля 4...20 мА,  4-х провод. соединение 4...20 мА, 24 В DC; 24, 220 В АС, HART, INTENSOR, PROFIBUS PA
материал датчика	PVDF
материал корпуса	полистирол (РВТ)
темп. окружающего воздуха, °С	-20... +60
температура измеряемой среды, °С	-40...+80
степень защиты	IP 67
монтаж	1,5"		2"		Æ 100мм
габаритные размеры, мм	105х112х260				Æ 158х215
масса, не более, кг	5

 

Ультразвуковые датчики  производства компании «Burket».

   Датчики серии Burket 8170/75.

   Измерение уровня жидкости  в контейнере или трубе с  использованием неинвазивного метода (непосредственное измерение уровня), а также определение или отсутствия  жидкости в герметичной емкости.

   Измерение уровня едких  или химически активных жидкостей   в процессе химического обогащения, когда контейнеры нельзя открывать  исходя из соображений безопасности, а характер химиката или процедуры  не позволяет использовать  внутренний уровнемер.

  Измерение слоя нефти, располагающегося  на поверхности воды в нефтяных  технологических установках. В принципе, можно измерять любой слой  жидкости, на поверхности другой  жидкости, если они обладают различным  акустическим сопротивлением.

 

Технические характеристики:

   Диапазон измерения    0…4000 мм

   Разрешение    3 мм

   Мертвая зона   30см  от основания сенсора

    Частота импульсов   8 имп/сек

   Монтажная резьба   G2 или NPT 2

   Температура среды   -40…+80

   Рабочее напряжение   18…32 В

   Потребляемая мощность 115/230 В/~( 10% В/~) 50-60 Гц

   Максимальный ток   200мА

Условия окружающей среды

   Температура хранения    -20… +60

   Отн. влажность воздуха   80 %

 

Рабочая температура   -20… +60

   Степень защиты – корпус   IP 65

   Степень защиты – корпус  сенсора   IP 67

Конструкція

   Размеры   см. раздел

   Вес    1 кг

Соприкасающиеся со средой материалы

   Корпус электронного блока   Поликарбонат +20 % стекловолокно

   Материал преобразователя   ПВДФ/РОМ

   Защитная лицевая пленка   Полиэстер

Нормы

   Излучение помех    Соответствует основной норме  En 50081.1

   Помехоустойчивость   соответствует основной норме  

                                            EN 50082.2. Необходимо учитывать,

                                            что помехи вызванные кабелем  40-80 Мгц  

                                           могут вызвать падение выходного тока

                                            на 10 %.

Безопасность   Согласно правилам по безопасности для 

                           измерительных инструментов для  регулирующей и

                           лабораторной техники NF EN 61010-1.

Датчики производства «Pepperl+Fuchs».

Серия 30GM-H3 
Расстояния регистрации: 
   - 60 mm ... 500 mm 
  

- 200 mm ... 2000 mm 
   - 500 mm ... 4000 mm 
   - 800 mm ... 6000 mm 
Корпус из латуни M30

Серия VariKont 
Расстояния регистрации: 
   - 60 mm ... 500 mm 
   - 300 mm ... 3000 mm 
со встроенным температурным датчиком 
VariKont корпус со 
   - сменной головкой, 
   - съемным клеммным разъемом и 
   - стандартными размерами крепления

Серия FP 
Расстояния регистрации: 
   - 800 mm ... 6000 mm 
со встроенным температурным датчиком 
FP-корпус с 
   - съемным клеммным разъемом и 
   - стандартными размерами крепления

Существует 2 основных принципа действия:

Однонаправленные системы: 
Передатчик и приемник смонтированы напротив. Если путь сигнала ультразвука прерывается объектом, то выход датчика станет активным.

Преимущество: Высокая дальность действия  

 

 

Отражательные системы:

Передатчик и приемник находятся в одном корпусе. Ультразвук отражается от ближайшего рефлектора.