Kaip pasirinkti PTFE šildytuvą bakui su ultragarsiniu lygio jutikliu?

Proceso bake yra sudėtingas ultragarsinis lygio jutiklis. Skysčio aukščiui matuoti naudojamas grynas, neiškraipytas aidas. Didžiulis vertikalus panardinamasis PTFE šildytuvas, esantis tiesioginiame garso bangos kelyje, gali veikti kaip galingas klaidingas atšvaitas, todėl jutiklis gali neteisingai suprasti lygį ir gali sukelti mirtiną sausą gaisrą arba perpildymą. Fizinė šildytuvo padėtis ir orientacija turėtų būti optimizuota ne tik dėl šiluminių savybių, bet ir taip, kad jutiklis nebūtų akustiškai aptinkamas.

Supratimas apie trukdžių mechanizmą
Ultragarsiniai lygio jutikliai siunčia aukšto dažnio garso impulsus (dažniausiai 20–200 kHz) sandariu kūgiu. Garsas sklinda žemyn, atsispindi nuo skysčio paviršiaus ir atgal į jutiklį. Skrydžio matavimo--laikas paverčiamas atstumo rodmenimis. Bet koks kietas šio kūgio objektas, pvz., šildytuvo apvalkalai, laikikliai ar jungiamosios dėžutės, sukuria savo aidą. Tačiau jei klaidingo aido signalas yra pakankamai galingas, jutiklis gali užsifiksuoti ant jo, o ne ant tikro skysčio paviršiaus.

Vertikalus panardinamasis PTFE šildytuvas, esantis bako centre arba šalia jo, turi platų plokščią paviršių, statmeną garso bangos krypčiai. Dėl šios geometrijos atsiranda ryškus veidrodinis atspindys. Tada jutiklis gali tai interpretuoti kaip skysčio lygį šildytuvo panardinimo gylyje, dėl kurio susidaro per mažas užpildymas (jei klaidingas aidas yra didesnis už tikrąjį lygį) arba perpildymas (jei šildytuvo viršus matomas kaip beveik pilnas). Esant sunkesnėms aplinkybėms, jutiklis gali net neatpažinti skysčio, todėl bakas gali išdžiūti, kol šildytuvas lieka įjungtas, o tai greitai pažeidžia PTFE apvalkalą.

Pagrindinio pasirinkimo principas: akustinis nematomumas
PTFE šildytuvo ultragarsinio lygio jutiklio bako pasirinkimo tikslas yra padaryti šildytuvą akustiškai neaptinkamą. Tai pasiekiama pastatant šildomą elementą visiškai už jutiklio ultragarso spindulio ribų ir pašalinant bet kokius didelius plokščius paviršius, kurie galėtų veikti kaip veidrodžiai. Problema yra ne PTFE medžiaga per se - PTFE akustinė varža panaši į vandens ir iš tikrųjų silpnina garsą mažiau nei daugelis metalų. Problema yra geometrija ir vieta.

Pageidautinas šildytuvų išdėstymas
Vertikalus šildytuvas, montuojamas šone
PTFE vertikalus šildytuvas uždedamas ant rezervuaro šoninės sienelės kuo arčiau sienos, išlaikant šildytuvą už centrinio spindulio kelio. Ultragarsinis jutiklis paprastai montuojamas bako viršaus centre. Šoninis-šildytuvas yra periferijoje, kur garso bangos stiprumas yra mažiausias. Šis išdėstymas pritaikytas siauroms talpykloms (skersmuo < 1 m) arba siauram jutiklio spindulio kampui (pvz., . 5–10 laipsnių). Tačiau didelių rezervuarų arba plataus-spindulio jutiklių (15–30 laipsnių) šoninės sienos taip pat gali būti apšviestos.

Pageidaujamas sprendimas: L-formos arba kampinis šildytuvas
Daugumoje įrenginių patikimiausias pasirinkimas yra L-formos arba kampinis PTFE panardinamasis šildytuvas. Šio tipo šildytuvas įkišamas per šoninį antgalį, bet tada pasukamas žemyn arba įstrižai į baką. Šildymo dalis yra lygiagrečiai šoninei sienai ir yra labai arti šoninės sienelės, paprastai apie 50-100 mm nuo sienos. Garso bangos lėtai sklinda iš centro, todėl jutiklis niekada nemato šio šildytuvo, nes nukreipia spindulį žemyn link centro.

L formos šildytuvas turi du papildomus privalumus:

Šildymo ilgis gali būti ilgas (didžioji dalis skysčio gylio) ir vis tiek būti už spindulio.

Tvirtinimo flanšas yra ant šoninės sienelės toliau nuo jutiklio įrengimo viršutinio centro, kad būtų lengviau pasiekti.

Šildytuvas turi būti nematomas, tylus bake, atokiau nuo garso bangų, kurios yra lygio valdymo akys.

Šildytuvas montuojamas į šoną arba horizontaliai
Seklios talpyklos (< 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.

Ko NEGALIMA daryti: Vertikalus šildytuvas centre
Blogiausia įsivaizduojama rezervuaro su ultragarsiniu lygio jutikliu vieta yra centras, kur vertikalioje padėtyje yra PTFE šildytuvas. Šildytuvas yra didelis cilindrinis taikinys, esantis tiesiai spindulio kelyje. Net naudojant jutiklio programinę įrangą, kurioje yra aido mažinimo technikos, dažnai klaidingai atpažįstamas stiprus, nuolatinis klaidingas centrinio šildytuvo aidas. Dėl šios konstrukcijos klaidos įvyko keletas šildomų bakų ultragarsinio lygio valdymo gedimų.

Techninės integracijos problemos
Ultragarso jutiklio konfigūracija
Prieš pasirenkant šildytuvus, reikia nustatyti šiuos jutiklio parametrus:

Spindulio kampas (dažniausiai 5-30 laipsnių). Tai nurodo garso kūgį. Spindulio skersmuo tam tikru atstumu nuo jutiklio gali būti įvertintas taip: pluošto skersmuo=2*atstumas*tan(spindulio kampas/2)

Neveikianti juosta: sritis priešais jutiklį (paprastai 0,1–0,5 m), kurios negalima išmatuoti. Jokia šildytuvo dalis (įskaitant laikiklius ar jungiamąsias dėžes) neturi išsikišti į šią zoną.

Deadband: erdvė prieš pradedant veikti jutikliui. Minimalus jutimo atstumas.

Šildytuvo padėties patikrinimas
Pasirinkę šildytuvo tipą ir montavimo vietą, prieš faktinį montavimą reikia atlikti greitą kartografavimo testą. Bandymo procedūra:

Pritvirtinkite ultragarso jutiklį tam skirtoje vietoje.

Padėkite PTFE šildytuvą (arba tos pačios formos ir dydžio maketą{0}}) numatytoje rezervuaro vietoje.

Pripildykite baką vandens iki žinomo aukščio.

Šiek tiek judinkite šildytuvą ir stebėkite jutiklio išėjimą. Bet koks staigus nurodyto lygio šuolis yra klaidingas šildytuvo aidas.

Pakeiskite šildytuvo padėtį arba orientaciją, kad visame darbinio lygio diapazone nebūtų klaidingo{0}}aido.

Šis bandymas ypač aktualus rezervuarams su sudėtinga vidine struktūra (deflektoriais, maišytuvais, ritėmis), kurios gali sukelti papildomų atspindžių.

Montavimo kronšteino ir jungiamosios dėžutės išdėstymas
Daugelis ant bako viršaus arba šoninių sienelių montuojamų šildytuvų yra su metaliniais tvirtinimo laikikliais ir elektros jungčių dėžėmis. Juos taip pat reikia saugoti nuo ultragarso spindulio. Net jei pats PTFE apvalkalas yra tinkamai užmaskuotas, metalinis laikiklis, esantis arti jutiklio, gali sukelti didelį aidą. Jungiamoji dėžutė turi būti žemiau jutiklio spindulio kelio arba jutiklio bako pusėje. Jei bakas turi plokščią viršų, jutiklį pastatykite taip, kad sijos kūgio viduje nebūtų jokių kitų viršutinių -įskverbimų jungiamųjų detalių (pvz., šildytuvo flanšų, termošuolinių vamzdžių ar pan. vamzdžių).

Praktinio pasirinkimo kontrolinis sąrašas
Norint pasirinkti PTFE šildytuvą bakui su ultragarsiniu lygio jutikliu, bus naudojamas šis kontrolinis sąrašas:

Gaukite jutiklio duomenis: spindulio kampą, negyvos juostos atstumą ir montavimo vietą.

Nustatykite spindulio pėdsaką įprastame skysčio gylyje.

Sijos kūgio viduje nėra šildytuvo ar laikiklio. Nemontuokite centralizuotai.

Pasirinkite šone{0}}montuojamus L-formos arba kampinius šildytuvus, kurie laiko šildomą dalį arti bako sienelės.

Horizontalus tvirtinimas seklioms talpykloms (užtikrinkite, kad šildytuvas nebūtų iškart po jutikliu)

Kartografijos bandymas su vandeniu prieš cheminę priežiūrą.

Įveskite galutinę vietą montavimo brėžinyje.

Traukinio operatoriai turi pripažinti, kad greitas lygio rodmenų pokytis gali atsirasti dėl šildytuvo judėjimo (pvz., dėl vibracijos) į spindulio kelią.

Išvada: Akustiškai nematomas šildymas
Tinkamo PTFE šildytuvo pasirinkimas bakui su ultragarsiniu lygio jutikliu yra akustinės padėties nustatymo pamoka. Jis išlaiko aiškų ir tikslų gyvybinio lygio grįžtamąjį ryšį (jutiklio aidą) be klaidingų atspindžių nuo šildymo elemento. Optimali šildymo konstrukcija yra tokia, kuri neužtemdo kitų bake esančių jutiklių. Patikimą ir saugų bako lygio valdymą galima pasiekti pasirinkus šone -montuojamą L- formos šildytuvą ir patvirtinus jo padėtį atvaizdavimo testu bei įsitikinus, kad visi laikikliai ir jungčių dėžutės yra už ultragarso spindulio ribų. Dėl šio nedidelio integravimo elemento kilo daugybė sauso-gaisro gedimų ir perpildymo problemų. Keletas minučių akustinio planavimo projektavimo metu gali sutaupyti mėnesių derinimo.