Princípio de funcionamento e calibração de erros do medidor de nível ultrassônico (tipo superior)

Na medição de nível de líquidos, o uso de medidores de nível ultrassônicos é muito comum. A influência de diversos fatores, como temperatura, umidade, poeira e composição química do líquido a ser medido, pode facilmente levar a uma baixa precisão da medição. Alguns erros que podem ocorrer na medição com medidores de nível ultrassônicos são analisados ​​a seguir, e medidas de compensação correspondentes são propostas. 1. Princípio de funcionamento do medidor de nível ultrassônico O medidor de nível ultrassônico geralmente utiliza um transdutor ultrassônico de cerâmica que integra transceptores, e a transmissão e a recepção das ondas sonoras são realizadas pela mesma sonda. A sonda transmite um sinal ultrassônico para a superfície do líquido a ser medido, e a onda ultrassônica se propaga da sonda até a superfície do líquido através do meio de propagação, formando uma reflexão na superfície do líquido. A onda refletida se propaga de volta para a sonda ao longo do caminho original e é absorvida por ela. A unidade de temporização mede o tempo que a onda ultrassônica leva para ser recebida, desde o momento em que é transmitida até o eco. De acordo com a velocidade de propagação da onda sonora no ar, a distância da sonda até a superfície do líquido pode ser calculada, obtendo-se assim a altura da superfície do líquido. 2. Erros comuns e métodos de calibração de medidores de nível ultrassônicos 1) Erro de precisão da velocidade sonora de referência A partir da relação entre o valor da distância S, a velocidade sonora C e o tempo de transmissão T, a fórmula S=C×T/2 mostra que o tempo de propagação da onda ultrassônica é o tempo de propagação da onda ultrassônica no medidor de nível. Para os resultados intermediários da medição, o medidor de nível ultrassônico é usado para medir o nível do líquido, e a velocidade de propagação da onda ultrassônica no ar também precisa ser conhecida. Portanto, a precisão do valor da velocidade de propagação ultrassônica afetará muito a precisão da medição do medidor de nível ultrassônico. • Compensação de temperatura Em geral, a temperatura é o principal fator que afeta a velocidade do som. A temperatura pode ser medida em tempo real instalando-se um sensor de temperatura. sensor Em um medidor de nível ultrassônico, o valor da velocidade do som pode ser convertido usando a relação entre a temperatura e a velocidade do som. No entanto, na realidade, a velocidade do som não é afetada apenas pela temperatura, mas também por muitos outros fatores, como densidade do gás, pressão atmosférica, umidade e partículas em suspensão no ar. Portanto, em aplicações práticas, ainda existem muitas deficiências na calibração da velocidade do som usando apenas o método de medição da temperatura, e também haverá certos erros no processo de medição da temperatura. Assim, o método de compensação por temperatura é adequado apenas para aplicações gerais e não atende aos requisitos de alta precisão de medição. • Compensação da velocidade do som em tempo real: A prática comprovou que, devido à influência de fatores como a complexidade do ambiente de medição e dos métodos de medição, independentemente da fórmula empírica e dos dados empíricos usados ​​para compensar a velocidade do som, novos erros precisam ser introduzidos. Portanto, considera-se que o método de compensação mais confiável é o que utiliza a velocidade do som medida para a compensação da velocidade do som. Como mostrado na figura, um defletor é instalado na extremidade frontal da sonda transmissora, e o defletor e a sonda formam um intervalo de percurso sonoro com uma distância fixa. Essa estrutura é chamada de estrutura de percurso sonoro. Quando a sonda emite ondas sonoras, o defletor reflete uma porção das ondas sonoras de volta para a sonda. Após a sonda receber a onda refletida, ela calcula o tempo decorrido entre a emissão e a recepção e calcula a velocidade do som. O método de compensação é utilizado para a velocidade do som medida. Como a velocidade do som compensada é muito semelhante à do ambiente onde o percurso da onda sonora medida está localizado, as influências ambientais são basicamente as mesmas e a velocidade do som geralmente é relativamente próxima, este método é atualmente o método de correção de velocidade do som mais preciso. No entanto, ao utilizar este método, a estrutura de percurso sonoro deve ser feita de materiais com baixo coeficiente de expansão térmica para evitar a expansão e contração térmica da estrutura devido a mudanças na temperatura ambiente, o que alteraria a distância do percurso sonoro e afetaria a precisão da velocidade do som medida. 2) Erro de tempo de trânsito: A onda acústica é uma onda mecânica elástica de vibração longitudinal, que se propaga pelo movimento molecular do meio de propagação. Devido à absorção, dispersão e difusão das ondas sonoras pelo meio de propagação, a intensidade, a pressão e a energia do som são enfraquecidas, ocorrendo a atenuação da onda sonora. A medição do nível ultrassônico requer a formação de uma reflexão da onda sonora na superfície do líquido medido, o que também causa atenuação da onda sonora. A onda sonora atenua-se de acordo com a lei exponencial da distância de propagação. Quando o nível do líquido é diferente, a distância de transmissão da onda sonora também é diferente, e a amplitude da onda recebida também será bastante diferente. O sistema inicia a contagem do tempo quando a sonda emite ondas ultrassônicas e a interrompe quando a amplitude do sinal recebido excede o limite definido. Quando o nível do líquido muda, a amplitude do sinal recebido também muda. Quando o nível do líquido é relativamente baixo, a amplitude do sinal recebido é relativamente pequena, e o limite pode precisar ser atingido no quarto pico; Quando o nível do líquido é relativamente alto, a amplitude do sinal recebido é relativamente grande e pode atingir o limiar no terceiro instante ou até mesmo antes. Dessa forma, o tempo para interromper a medição não é certo, e essa incerteza inevitavelmente introduzirá erros na precisão da medição do sistema. Se esse erro for aplicado a um tanque de armazenamento de óleo acima de 1000 m³, produzirá um erro absoluto muito significativo, portanto, deve ser eliminado. A maneira mais simples de eliminar o erro de tempo de trânsito é aumentar o circuito de controle de tempo (TGC) e usar o circuito TGC para compensar a atenuação da onda sonora durante o processo de propagação, de modo que a amplitude da onda recebida seja basicamente a mesma sob várias condições de nível de líquido, minimizando assim o ruído e o erro de medição. No entanto, esse método ainda apresenta grandes limitações. Ele exige a previsão do tempo de propagação da onda sonora em diferentes níveis de líquido e a atenuação da onda sonora nessa distância, para então traçar uma curva que represente a relação entre os dois e projetar um circuito de controle de ganho de tempo que esteja em conformidade com essa equação da curva. De acordo com a análise anterior, o tempo de propagação e a atenuação são dois fatores importantes que são facilmente afetados pelo ambiente local e não podem ser bem ajustados à curva pré-definida. Além disso, mesmo que a curva ajustada seja muito precisa, é difícil projetar um circuito TGC que corresponda exatamente a ela.

A KAIDI é a única fabricante de medidores de nível e produtos relacionados.

Para descobrir mais sobre os benefícios do indicador de nível personalizado do Kaidi, acesse o site do indicador de nível.

O medidor de nível pode ser aplicado de diferentes maneiras como um indicador de nível personalizado.