Medidor de nivel ultrasónico: principio, selección

1, Principio de medición: la lógica fundamental del método de diferencia de tiempo para la medición de distancia
       El principio de funcionamiento del medidor de nivel por ultrasonidos se puede resumir como el "método de medición de distancia por eco". El instrumento está controlado por un microprocesador y emite pulsos ultrasónicos de alta frecuencia hacia la superficie del líquido a medir a través de un transductor (sonda). Una vez que las ondas sonoras se reflejan en la superficie del líquido, los ecos son recibidos por el mismo transductor y convertidos en señales eléctricas. El sistema calcula la distancia desde el sensor hasta la superficie del líquido basándose en la diferencia de tiempo entre la emisión y la recepción de las ondas sonoras, combinada con la velocidad de propagación de las ondas sonoras en el medio. La expresión matemática es: S=C × T/2, donde S es la distancia, C es la velocidad del sonido y T es el tiempo de propagación.
       Vale la pena señalar que los pulsos emitidos por el transductor ultrasónico tienen un cierto ancho, lo que provoca que las ondas emitidas y las ondas reflejadas se superpongan y no sean reconocibles en el área más cercana a la sonda, lo que se conoce como "zona ciega de medición". La zona ciega es un indicador determinante que debe considerarse cuidadosamente al momento de la selección: la altura de instalación debe ser mayor que la zona ciega; de lo contrario, no será posible medir con normalidad. Además, la velocidad del sonido se ve afectada por factores como la temperatura y la densidad del medio. Los instrumentos inteligentes modernos suelen contar con sensores de temperatura integrados para la compensación de la velocidad con el fin de garantizar la precisión de la medición.

2, Puntos clave de selección: consideración integral basada en las condiciones de trabajo
       La selección técnica de los medidores de nivel por ultrasonidos debe girar en torno a las siguientes dimensiones principales:
Rango de medición y zonas ciegas: El rango de los productos convencionales cubre de 0,1 m a 30 m, y se debe reservar un margen de seguridad del 10 % al 20 % al realizar la selección. Al mismo tiempo, es necesario garantizar que el nivel máximo de líquido no supere la altura de la zona ciega del instrumento, lo cual es el requisito previo básico para la medición.
Características del medio: Es necesario determinar si el líquido a medir es corrosivo, volátil y si contiene una gran cantidad de espuma o sólidos en suspensión. Los medidores de nivel por ultrasonidos realizan mediciones sin contacto, y los medios corrosivos no requieren un tratamiento especial, pero es necesario seleccionar sondas fabricadas con materiales resistentes a la corrosión; sin embargo, una gran cantidad de espuma absorberá y dispersará las ondas ultrasónicas, lo que provocará un eco inestable o incluso la imposibilidad de medir.
Condiciones ambientales: El rango de temperatura de trabajo de los modelos convencionales es de -20 ℃ a 60 ℃, y en condiciones de trabajo extremas puede alcanzar de -40 ℃ a 85 ℃; por lo general, la presión debe ser inferior a 0,3 MPa. Se requiere una selección específica para entornos tales como alta temperatura, alta presión, presencia densa de polvo e interferencias electromagnéticas intensas.
Espacio de instalación: La sonda debe estar alineada verticalmente con el nivel del líquido, evitando obstáculos como las paredes del tanque, mezcladores y tuberías, y la distancia a la pared del tanque generalmente debe ser superior a 0,3 metros.

3, Escenarios aplicables y no aplicables
Escenarios aplicables: Los medidores de nivel por ultrasonidos son especialmente adecuados para su uso a temperatura ambiente, presión atmosférica, nivel de líquido en calma y sin interferencias fuertes. Las aplicaciones típicas incluyen tanques de tratamiento de aguas residuales, plantas de tratamiento de agua, monitoreo hidrológico e hidráulico, tanques de almacenamiento de ácidos y bases, tanques para alimentos y bebidas, etc. Para medios altamente corrosivos y de alta viscosidad, su característica de no contacto ofrece ventajas inherentes.
Escenarios no aplicables: Las limitaciones también son claras. En primer lugar, no se pueden utilizar en entornos de vacío: el ultrasonido es una onda mecánica que requiere un medio para propagarse. En segundo lugar, no son aplicables para alta temperatura y alta presión. Generalmente, el límite superior de tolerancia térmica es de 80 ℃, y se debe tener precaución cuando la presión supera los 0,4 MPa. En tercer lugar, en el caso de medios altamente volátiles (como el ácido sulfúrico y el ácido nítrico fumantes) y una gran cantidad de espuma y polvo, la onda sonora se atenuará o absorberá considerablemente, y el error de medición será grande o incluso quedará invalidada. En cuarto lugar, los grandes tanques de almacenamiento, como los tanques de techo flotante interno, tienen un rango extenso, y los medidores de nivel ultrasónicos suelen tener un alcance de 3 a 15 metros, lo que resulta difícil de cubrir. En quinto lugar, los cambios frecuentes de temperatura también pueden afectar la precisión debido a las fluctuaciones en la velocidad del sonido.