Как да изберем PTFE нагревател за резервоар с ултразвуков сензор за ниво?

В технологичния резервоар има усъвършенстван ултразвуков сензор за ниво. Той използва чисто, неизкривено ехо за измерване на височината на течността. Огромен вертикален PTFE потопяем нагревател в директния път на звуковата вълна може да работи като мощен фалшив рефлектор, карайки сензора да разбере нивото погрешно и евентуално да предизвика смъртоносен сух-пожар или преливане. Физическото позициониране и ориентация на нагревателя трябва да бъдат оптимизирани не само за топлинните характеристики, но и за да бъдат акустично неоткриваеми за сензора.

Разбиране на механизма на смущение
Ултразвуковите сензори за ниво изпращат високочестотни звукови импулси (обикновено 20 – 200 kHz) в стегнат конус. Звукът се разпространява надолу, отразява се от повърхността на течността и обратно към сензора. Времето-на-измерването на полета се преобразува в отчитане на разстояние. Всеки твърд предмет в този конус, като нагревателни обвивки, скоби или съединителни кутии, произвежда собствено ехо. Но ако сигналът от фалшивото ехо е достатъчно силен, сензорът може да се заключи върху него вместо върху истинската течна повърхност.

Вертикален PTFE потопяем нагревател, разположен върху или близо до центъра на резервоара, представлява широка плоска лицева повърхност, перпендикулярна на посоката на звуковата вълна. Тази геометрия води до ярко огледално отражение. След това сензорът може да интерпретира това като ниво на течност на дълбочината на потапяне на нагревателя, което води до недопълване (ако фалшивото ехо е над истинското ниво) или препълване (ако горната част на нагревателя се вижда като почти пълно състояние). При по-тежки обстоятелства сензорът може дори да не разпознае наличието на течност, позволявайки на резервоара да изсъхне, докато нагревателят остава под напрежение, състояние, което бързо уврежда PTFE обвивката.

Основен принцип за избор: Акустична невидимост
Целта на избора на резервоар за ултразвуков сензор за ниво на PTFE нагревател е да направи нагревателя акустично неоткриваем. Това се постига чрез поставяне на нагретия елемент напълно извън ултразвуковия лъч на сензора и чрез елиминиране на всякакви големи плоски повърхности, които биха могли да действат като огледала. Проблемът не е PTFE веществото само по себе си - PTFE има акустичен импеданс, подобен на водата, и всъщност отслабва звука по-малко от много метали. Въпросът е в геометрията и местоположението.

Предпочитано разположение на нагревателите
Вертикален нагревател, страничен монтаж
PTFE вертикален нагревател се поставя на страничната стена на резервоара възможно най-близо до стената, като нагревателят се държи извън пътя на централния лъч. Ултразвуковият сензор обикновено се монтира в центъра на горната част на резервоара. Странично{2}}монтираният нагревател е в периферията, където силата на звуковата вълна е най-ниска. Това разположение е адаптирано към тесни резервоари (диаметър < 1 m) или за тесен ъгъл на лъча на сензора (напр. . 5–10 градуса). За големи резервоари или сензори с широк-лъч (15–30 градуса), обаче, страничните стени също могат да бъдат осветени.

Предпочитано решение: L-образен или ъглов нагревател
В повечето инсталации най-надеждният избор е L-образен или ъглов PTFE потопяем нагревател. Този тип нагревател се поставя през странична дюза, но след това се завърта надолу или диагонално в резервоара. Нагревателната част е разположена успоредно на страничната стена и е изключително близо до страничната стена, обикновено на около 50-100 mm от стената. Звуковите вълни се разпространяват бавно от центъра, така че сензорът никога не вижда този нагревател, тъй като той насочва лъча си надолу към центъра.

L-образният нагревател има две допълнителни предимства:

Дължината на нагряване може да бъде голяма (по-голямата част от дълбочината на течността) и все още да е извън лъча.

Монтажният фланец е на страничната стена, далеч от горния център на инсталацията на сензора за по-лесен достъп.

Нагревателят трябва да бъде невидимо, безшумно присъствие в резервоара, извън пътя на звуковите вълни, които са очите на контролера на нивото.

Нагревател, монтиран странично или хоризонтално
Плитки резервоари (< 500 mm height) may not accommodate vertical heaters without them protruding from the liquid. A horizontally mounted heater inserted through a side port and running along the bottom is completely out of the field of sight of the ultrasonic sensor. However, care must be taken to avoid placing the heater immediately under the sensor – a horizontal heater just below can still cause a reflection if the sound wave penetrates through the liquid and hits its top surface. The recommended practice is to incorporate a horizontal heater at least 200 mm away from the vertical axis of the sensor.

Какво НЕ трябва да правите: Вертикален нагревател в центъра
Най-лошото възможно място за резервоар с ултразвуков сензор за ниво е центърът, където PTFE нагревател е поставен във вертикално положение. Нагревателят е голяма цилиндрична мишена, разположена точно по пътя на лъча. Дори със софтуера на сензора, съдържащ техники за намаляване на ехото, силно, постоянно фалшиво ехо от централен нагревател обикновено се идентифицира погрешно. Точно тази грешка в дизайна е причинила няколко полеви повреди на ултразвуков контрол на нивото на нагрети резервоари.

Проблеми с техническата интеграция
Конфигурация на ултразвуков сензор
Следните параметри на сензора трябва да бъдат установени преди избора на нагреватели:

Ъгъл на лъча (обикновено 5-30 градуса). Това определя звуковия конус. Диаметърът на лъча на определено разстояние от сензора може да се оцени като: диаметър на лъча=2*разстояние*тен (ъгъл на лъча/2)

Мъртва зона: Областта точно пред сензора (обикновено 0,1-0,5 m), която не може да бъде измерена. Нито една част от нагревателя (включително скоби или съединителни кутии) не трябва да излиза в тази зона.

Мъртва зона: Пространството преди сензорът да започне да работи. Минимално разстояние на засичане.

Проверка на позицията на нагревателя
След като сте избрали тип нагревател и място за монтаж, трябва да се направи бърз тест за картографиране преди действителната инсталация. Процедура на изпитване:

Прикрепете ултразвуковия сензор на определеното му място.

Разположете PTFE нагревателя (или макет-със същата форма и размер) на планираното място в резервоара.

Напълнете резервоара с вода до известна височина.

Преместете малко нагревателя и наблюдавайте изхода на сензора. Всеки рязък скок на посоченото ниво е фалшиво ехо от нагревателя.

Променете позицията или ориентацията на нагревателя, така че да няма фалшиво-ехо в целия диапазон на работното ниво.

Този тест е особено подходящ за резервоари със сложни вътрешни структури (прегради, смесители, намотки), които могат да предизвикат допълнителни отражения.

Поставяне на монтажна скоба и съединителна кутия
Много нагреватели, монтирани отгоре или отстрани на стената, са снабдени с метални монтажни скоби и електрически съединителни кутии. Те също трябва да се пазят от ултразвуковия лъч. Дори ако самата PTFE обвивка е добре маскирана, метална скоба близо до сензора може да причини значително ехо. Съединителната кутия трябва да бъде разположена или под пътя на лъча на сензора, или от страната на резервоара на сензора. Ако резервоарът има плосък връх, позиционирайте сензора там, където няма други горни -проникващи фитинги (напр. нагревателни фланци, термогнезда или потопяеми тръби) в конуса на лъча.

Контролният списък за практически избор
За да изберете PTFE нагревател за резервоар с ултразвуков сензор за ниво, ще се използва следният контролен списък:

Вземете данни от сензора: ъгъл на лъча, разстояние на мъртвата зона и място на монтаж.

Определете отпечатъка на лъча на обичайната дълбочина на течността.

Няма нагревател или скоба вътре в конуса на лъча. Не инсталирайте централно.

Изберете странично монтирани L-образни или ъглови нагреватели, които държат нагрятата част близо до стената на резервоара.

Хоризонтален монтаж за плитки резервоари (уверете се, че нагревателят не е непосредствено под сензора)

Тест за картографиране с вода преди химическо обслужване.

Въведете крайната позиция на монтажния чертеж.

Операторите на влаковете трябва да разберат, че бърза промяна в отчитането на нивото може да се дължи на движение на нагревателя (напр. поради вибрации) по пътя на лъча.

Заключение: Отопление, което е акустично невидимо
Изборът на правилния PTFE нагревател за резервоар с ултразвуков сензор за ниво е урок по акустично позициониране. Той поддържа ясна и прецизна жизненоважна обратна връзка (ехото на сензора) без фалшиви отражения от нагревателния елемент. Оптималният дизайн на отопление е този, който не заслепява другите сензори в резервоара. Надеждно и безопасно управление на нивото на резервоара може да се постигне чрез избор на странично-монтиран L-нагревател и потвърждаване на позицията му чрез картографски тест и като се уверите, че всички скоби и съединителни кутии са извън ултразвуковия лъч. Този малък интегриран елемент е довел до безброй повреди при сухо-пожар и проблеми с препълване. Няколко минути акустично планиране по време на проектирането могат да спестят месеци отстраняване на грешки по линията.