ROZWIĄZANIA ULTRADŹWIĘKOWE

Przykładem bezkontaktowej metody pomiaru poziomu jest wykorzystanie ultradźwięków. Sondy tego typu transmitują do wnętrza zbiornika sygnał akustyczny o częstotliwości do kilkudziesięciu kHz, który odbija się od powierzchni składowanego materiału. Mierzony jest czas, jaki upływa od wysłania impulsu do jego ponownego zarejestrowania w czujniku sondy, i na tej podstawie określa się odległość między detektorem miernika i powierzchnią materiału. Dysponując taką informacją można, znając całkowitą głębokość zbiornika, wyznaczyć poziom jego zapełnienia.

Poziomomierze ultradźwiękowe - pomiary nie tylko w przemyśle Tabela 2. Parametry omawianego systemu Inżynierowie z warszawskiej firmy SZTECH, która specjalizuje się w konstruowaniu urządzeń pomiarowych przeznaczonych do pomiaru nieczystości płynnych, opracowali ultradźwiękowy system kontroli poziomu cieczy, który wykorzystać można m.in. do pomiaru zapełnienia szamba. Schemat systemu przedstawiono na rysunku. W skład zestawu wchodzi ultradźwiękowa sonda pomiarowa, wyświetlacz LCD, centralka pomiarowa, adapter zasilający oraz zasilacz. Transmisja danych między centralką pomiarową a wyświetlaczem odbywa się za pośrednictwem okablowania sieci Ethernet.

Zaletą tego typu pomiarów jest niski koszt drożenia, natomiast wadą sond ultradźwiękowych - wrażliwość na zapylenie. Powoduje to problemy w czasie napełniania zbiornika, gdy pył może całkowicie uniemożliwić pomiary. Korzystania z sond tego typu nie zaleca się też, jeżeli na powierzchni badanego materiału - na przykład podczas uzupełniania zawartości zbiornika - zbiera się piana.

Tłumi ona bowiem sygnał emitowany przez sondę. Gdy podziewamy się wystąpienia takich sytuacji, warto jest rozważyć wybór innego rodzaju poziomomierza. Najczęściej w zamian poleca się sondy mikrofalowe z falowodem, które opisane zostały w drugiej części artykułu. Na dokładność pomiaru ultradźwiękami wpływają też takie parametry ośrodka, w którym rozchodzi się sygnał akustyczny, jak temperatura i ciśnienie.

PROBLEMY Z CZUJNIKAMI ULTRADŹWIĘKOWYMI I ICH ROZWIĄZYWANIE

Fot. 2. W ofercie firmy Introl znajdziemy czujniki poziomu produkowane przez fi rmę Vega, m.in. sondę pojemnościową Vegacal 69 do pomiaru poziomu cieczy agresywnych

Skuteczność omawianej metody pomiarowej w dużym stopniu zależy również od układu kontrolera, który odbity sygnał przetwarza, wykrywając w nim sygnały echa powstałe na skutek odbić od drabinek, rozwarstwień materiału, spoin spawalniczych i spiral grzejnych, które nakładają się na sygnał użyteczny. Aby eliminować te zjawiska, podczas nastawiania przyrządu należy zaprogramować zapamiętywanie fałszywego echa.

Przeprowadzając programowanie, należy wcześniej dobrze poznać specyfikę instalacji, w jakiej czujnik będzie pracował. Gdy przykładowo w zbiorniku są zamontowane mieszadła, procedurę zapamiętywania fałszywego echa należy przeprowadzać, gdy mieszadła są w ruchu. Wówczas rozpoznane i zapamiętane zostaną sygnały odbierane wskutek niepożądanych odbić przy różnych ich położeniach.

Problemy z fałszywymi odbiciami można próbować eliminować, nie tylko inwestując w urządzenia, w których zaimplementowano odpowiednie algorytmy przetwarzania sygnału usuwające sygnał echa. Pomocniczym rozwiązaniem może też być przykrycie elementów, będących źródłem niepożądanych odbić, blachą lub płytami z tworzywa sztucznego, które umieszczone pod odpowiednim kątem będą odbijać impulsy ultradźwiękowe w innym kierunku (rys. 1).

Tabela 3. Dane kontaktowe firm wymienionych w artykule

Obejść można też inne ograniczenia metody ultradźwiękowej. Na przykład problem z tłumieniem sygnału przez pianę oraz wiry powstające na powierzchni medium rozwiązać można, umieszczając czujnik w pionowej rurze (rys. 2). Wstawienie rury nie zawsze jest możliwe - nie zaleca się stosowania tego rozwiązania w przypadku cieczy lepkich. Jeżeli jednak już zdecydujemy się na taką konstrukcję, należy zadbać, by rura sięgała do głębokości zbiornika odpowiadającej minimalnemu poziomowi materiału, który przyrząd ma sygnalizować. Pamiętać trzeba też, by w rurze był otwór do wyrównywania ciśnienia.

Krzysztof Pochwalski
Monika Jaworowska