El sofisticat sensor de nivell ultrasònic d'un tanc de procés es basa en un eco net i sense distorsió per mesurar l'alçada del líquid. Un escalfador d'immersió vertical de PTFE gran, situat just en el camí de l'ona sonora, pot actuar com un reflector potent i fals, fent que el sensor llegeixi malament el nivell i, potencialment, desencadeni un perillós foc sec o un desbordament. La ubicació física de l'escalfador i la seva orientació s'han de triar no només pel rendiment tèrmic, sinó per fer-lo invisible acústicament per al sensor.

Entendre el mecanisme d'interferència

Els sensors de nivell ultrasònic emeten polsos sonors d'alta freqüència (normalment de 20 a 200 kHz) en un con estret. El so viatja cap avall, es reflecteix a la superfície líquida i torna al sensor. La mesura del temps de vol es converteix en una lectura de distància. Qualsevol objecte sòlid dins d'aquest con-incloses les beines de l'escalfador, els suports o les caixes de connexió-produeix el seu propi eco. Si aquest eco fals és prou fort, el sensor es pot bloquejar en lloc de la veritable superfície líquida.

Un escalfador d'immersió vertical de PTFE instal·lat a prop del centre del dipòsit presenta una superfície gran i plana perpendicular a la trajectòria de l'ona sonora. Aquesta geometria crea un fort reflex especular. El sensor pot interpretar aquest reflex com un nivell de líquid a la profunditat d'immersió de l'escalfador, que condueix a un ompliment insuficient (si l'eco fals està per sobre del nivell real) o un excés d'ompliment (si la part superior de l'escalfador s'interpreta com una condició gairebé plena). En casos extrems, és possible que el sensor no detecti completament el líquid, cosa que permet que el dipòsit s'assequi mentre l'escalfador es manté activat-una condició que destrueix ràpidament una funda de PTFE.

Principi clau de selecció: invisibilitat acústica

L'objectiu deSelecció del dipòsit del sensor de nivell ultrasònic de l'escalfador de PTFEés fer que l'escalfador sigui acústicament invisible. Això s'aconsegueix col·locant l'element escalfat completament fora del feix d'ultrasons del sensor i evitant superfícies grans i planes que puguin actuar com a miralls. El material de PTFE en si no és el problema-PTFE té una impedància acústica similar a l'aigua i, de fet, atenua menys el so que molts metalls. El problema és la geometria i la col·locació.

Configuracions preferides de l'escalfador

Escalfador vertical de muntatge lateral

Un escalfador vertical de PTFE muntat a la paret lateral del dipòsit, el més a prop possible de la paret, manté l'escalfador fora del camí del feix central. El sensor d'ultrasons normalment es troba al centre de la part superior del dipòsit. L'escalfador de muntatge lateral es troba prop de la perifèria, on la intensitat de l'ona sonora és més baixa. Aquesta configuració funciona bé per a tancs estrets (diàmetre < 1 m) o quan l'angle del feix del sensor és estret (p. ex., 5-10 graus). Tanmateix, per als dipòsits amples o sensors amb un feix ample (15-30 graus), fins i tot les parets laterals poden estar il·luminades.

Escalfador angulat o en forma de L (solució preferida)

Per a la majoria de les instal·lacions, la solució més fiable és un escalfador d'immersió de PTFE angulat o en forma de L. Aquest escalfador s'insereix a través d'un broquet lateral, però després es doblega cap avall o en diagonal al dipòsit. La secció escalfada va paral·lela a la paret lateral i es col·loca molt a prop d'ella-normalment entre 50 i 100 mm de la paret. El feix del sensor, dirigit cap avall cap al centre, no es troba mai amb aquest escalfador perquè les ones sonores divergeixen cap a l'exterior només gradualment.

Un escalfador en forma de L ofereix dos avantatges addicionals:

La longitud de la calefacció es pot fer llarga (cobrint la major part de la profunditat del líquid) mentre es manté fora del feix.

La brida de muntatge es troba a la paret lateral, lluny del centre superior on està instal·lat el sensor, simplificant l'accés.

L'escalfador ha de ser una presència silenciosa, invisible al dipòsit, amagada de les ones sonores que són els ulls del control de nivell.

Escalfador de muntatge en diagonal o horitzontal

Per als dipòsits poc profunds (alçada < 500 mm), un escalfador vertical pot no cabre sense sobresortir per sobre del líquid. Un escalfador muntat horitzontalment, inserit a través d'un port lateral i que recorre la part inferior, es manté completament per sota de la línia de visió del sensor ultrasònic. Tanmateix, s'ha de tenir cura per assegurar-se que l'escalfador no es troba directament sota el sensor-un escalfador horitzontal directament a sota encara pot produir un reflex si l'ona sonora travessa el líquid i colpeja la seva superfície superior. La millor pràctica és col·locar un escalfador horitzontal com a mínim a 200 mm de distància de l'eix vertical del sensor.

Què s'ha d'evitar: Escalfador vertical central

Un escalfador central de PTFE muntat verticalment és la pitjor ubicació possible per a un dipòsit equipat amb un sensor de nivell ultrasònic. L'escalfador actua com un gran objectiu cilíndric directament al camí del feix. Fins i tot si el microprogramari del sensor inclou algorismes de supressió d'eco, sovint s'interpreta malament un eco fals fort i consistent d'un escalfador central. Moltes fallades de camp del control de nivell d'ultrasons en tancs escalfats s'han remuntat a aquesta supervisió exacta del disseny.

Consideracions tècniques per a la integració

Paràmetres del sensor ultrasònic

Abans de seleccionar un escalfador, cal obtenir les següents especificacions del sensor:

Angle del feix(normalment 5-30 graus). Això defineix el con del so. A una distància determinada del sensor, es pot calcular el diàmetre del feix: Diàmetre del feix=2 × distància × tan(angle del feix/2).

Banda morta: la regió immediatament davant del sensor (normalment 0,1–0,5 m) on les mesures són impossibles. Cap component de l'escalfador (inclosos els suports o les caixes de connexió) hauria d'entrar en aquesta zona.

Distància de detecció mínima: el rang efectiu del sensor comença després de la banda morta.

Verificació de la col·locació de l'escalfador

Després de seleccionar un tipus d'escalfador candidat i la ubicació de muntatge, un simpleprova de mapeigs'ha de realitzar abans de la instal·lació final. El procediment de prova:

Munteu el sensor d'ultrasons a la posició prevista.

Col·loqueu l'escalfador de PTFE (o una maqueta de forma i mida idèntiques) al dipòsit a la ubicació proposada.

Ompliu el dipòsit amb aigua fins a un nivell conegut.

Observeu la sortida del sensor a mesura que l'escalfador es mou gradualment. Qualsevol salt sobtat del nivell informat indica un eco fals de l'escalfador.

Ajusteu la posició o l'orientació de l'escalfador fins que no es detecti cap eco fals en tot el rang de nivell de funcionament.

Aquesta prova és especialment important per als dipòsits amb estructures internes complexes (deflectors, mescladors, bobines) que poden crear reflexos addicionals.

Col·locació del suport de muntatge i la caixa de connexió

El suport de muntatge de l'escalfador i la caixa de connexió elèctrica solen ser components metàl·lics connectats a la part superior del dipòsit o a la paret lateral. Aquests també s'han de mantenir fora del feix d'ultrasons. Un suport metàl·lic situat a prop del sensor pot produir un ressò fort fins i tot si la funda de PTFE està ben amagada. La caixa de connexió s'ha de muntar per sota de la ruta del feix del sensor o al costat del dipòsit lluny del sensor. Si el dipòsit té una part superior plana, el sensor s'ha de col·locar en un lloc on no hi hagi altres accessoris de penetració superior (incloses les brides de l'escalfador, els termowells o els tubs d'immersió) dins del con del feix.

Una llista pràctica de selecció

La llista de verificació següent guia la selecció d'un escalfador de PTFE per a un dipòsit amb un sensor de nivell ultrasònic:

Obteniu dades del sensor:Angle del feix, distància de banda morta i ubicació de muntatge.

Calcular la petjada del feixa la profunditat típica del líquid.

Eviteu la col·locació central:Sense escalfador ni suport dins del con del feix.

Preferiu escalfadors en forma de L o inclinats de muntatge lateralque mantenen la secció escalfada a prop de la paret del dipòsit.

Penseu en el muntatge horitzontalper a dipòsits poc profunds (assegureu-vos que l'escalfador no estigui directament sota el sensor).

Feu una prova de mapeigamb aigua abans del servei químic.

Documentar la posició finalal dibuix de la instal·lació.

Operadors de trensper reconèixer que un canvi sobtat en la lectura del nivell pot indicar el moviment de l'escalfador (p. ex., per vibració) cap a la trajectòria del feix.

Conclusió: Calefacció acústicament invisible

La selecció correcta d'un escalfador de PTFE per a un dipòsit amb un sensor de nivell ultrasònic és un estudi de col·locació acústica. Assegura que la retroalimentació del nivell vital-l'eco del sensor-es mantingui net, precís i no es molesti per falses reflexions de l'element calefactor. El millor disseny de calefacció és el que no cega els altres sensors del dipòsit. Escollint un escalfador en forma de L de muntatge lateral, verificant la seva posició amb una prova de mapeig i mantenint tots els suports i caixes de connexió fora del feix d'ultrasons, es pot aconseguir un control del nivell del dipòsit fiable i segur. Passar per alt aquest senzill detall d'integració ha provocat innombrables fallades de foc sec i incidents de desbordament. Uns minuts dedicats a la planificació acústica en l'etapa de disseny impedeixen mesos de resolució de problemes més tard.