Les capteurs de niveau à ultrasons, également appelés jauges de niveau de liquide à ultrasons, sont des instruments de mesure de niveau sans-contact. Ils se caractérisent par une grande précision, une installation facile et un entretien minimal. Couramment utilisés pour mesurer les niveaux de liquide dans divers conteneurs, ainsi que les niveaux d'eau dans les canaux, les piscines, les réservoirs, les rivières, les lacs et les mers, ils peuvent également mesurer les niveaux d'interface et les différences de niveau. Ils sont particulièrement adaptés aux eaux usées et aux environnements corrosifs. Lorsqu'ils sont utilisés conjointement avec des réservoirs et des déversoirs pour former des débitmètres à canal ouvert, ils peuvent également mesurer le débit. Par conséquent, ils sont de plus en plus utilisés dans de nombreuses industries et domaines tels que la sidérurgie, la pétrochimie, le traitement de l’eau et la conservation de l’eau.
Principe de mesure du capteur de niveau à ultrasons
Installée sur la partie supérieure d'un récipient, la jauge de niveau à ultrasons, sous le contrôle d'une unité électronique, émet un faisceau d'impulsions ultrasonores vers l'objet à mesurer. Les ondes sonores sont réfléchies par la surface de l'objet et une partie de l'écho réfléchi est reçue par la sonde et convertie en signal électrique. Le temps écoulé entre l'émission de l'onde ultrasonore et sa réception est proportionnel à la distance entre la sonde et l'objet mesuré. L'unité électronique détecte ce temps et calcule la distance mesurée en fonction de la vitesse du son connue. La distance entre la sonde et le fond du réservoir moins la distance entre la sonde et le niveau de liquide est égale au niveau de liquide réel ou à la hauteur du niveau. Ceci est utilisé pour convertir la hauteur du niveau de liquide en un signal de courant de 4 à 20 mA ou un signal de tension de 1 à 5 V pour la sortie. Alternativement, il peut être transmis au centre de contrôle via une communication RS485, HART ou GPRS. Étant donné que la température a un impact significatif sur la vitesse du son, l’instrument doit mesurer la température ambiante pour corriger la vitesse du son.
Avantages et inconvénients des jauges de niveau à ultrasons
Par rapport à d’autres types de jauges de niveau, les capteurs de niveau à ultrasons présentent les avantages suivants :
(1) Mesure sans contact : le transducteur ultrasonique est installé au-dessus de la surface du liquide et n'entre pas en contact avec le milieu mesuré. Cela permet une mesure pratique des liquides corrosifs, visqueux ou toxiques, évitant la corrosion ou la contamination par le liquide mesuré et éliminant les besoins de maintenance.
(2) Bonne polyvalence : La jauge de niveau peut mesurer le niveau de liquide dans les canaux ouverts ainsi que dans les grands réservoirs de stockage.
Installation et démontage faciles.
(3) Forte adaptabilité : il a une large gamme d’applications et n’est pas affecté par la densité, la constante diélectrique ou la conductivité du milieu. Il est hautement adaptable aux propriétés physico-chimiques du liquide mesuré. (4) Convient pour mesurer le niveau de liquides toxiques, corrosifs et à haute viscosité -, surmontant les défauts des autres jauges de niveau dans des environnements de mesure aussi difficiles.
(5) Presque aucune pièce mécanique mobile, aucune usure, longue durée de vie et poids léger. L'élément piézoélectrique à l'intérieur du transducteur vibre à des fréquences acoustiques, avec une petite amplitude, une longue durée de vie et une bonne stabilité.
Les inconvénients comprennent principalement : lorsque le liquide mesuré est volatil, une densité inégale de l'air au-dessus de la surface du liquide peut entraîner des erreurs de mesure plus importantes ; lorsque la surface du liquide mesurée présente de grandes ondulations, cela peut facilement provoquer des réflexions chaotiques des ondes sonores, entraînant des erreurs. De plus, les jauges de niveau à ultrasons présentent des zones aveugles inévitables lors de la mesure des niveaux de liquide, ce qui rend les mesures à courte distance difficiles.
Différence entre les jauges de niveau à ultrasons de type intégré et divisé-
Les jauges de niveau à ultrasons intégrées intègrent la sonde à ultrasons, l'unité de traitement du signal, l'affichage, etc., dans un seul appareil. Toutes les fonctions de mesure et de contrôle sont réalisées dans le même boîtier.
Installation facile : en raison de sa structure compacte, un seul appareil doit être fixé lors de l'installation, éliminant ainsi les procédures complexes de câblage et d'installation. Fonctionnalité complète : convient aux environnements industriels difficiles, avec des indices de protection jusqu'à IP66/IP67. Plusieurs modèles sont disponibles, tels que les types résistants à la corrosion-et antidéflagrants-.
Étalonnage simplifié : la conception intégrée simplifie et simplifie le processus d'étalonnage, nécessitant généralement l'étalonnage de l'ensemble du système plutôt que de plusieurs composants séparés.
Les jauges de niveau à ultrasons intégrées sont couramment utilisées dans les réservoirs de stockage, le traitement des eaux usées industrielles, les cuves de réaction chimique et les piscines d'eau peu profonde.
Jauges de niveau à ultrasons de type divisé- : les jauges de niveau à ultrasons de type divisé-se composent d'une sonde séparée et d'une unité de traitement du signal. La sonde est installée au point de mesure, tandis que l'unité de traitement du signal peut être installée dans une salle de contrôle ou dans un autre endroit pratique éloigné du point de mesure. Les deux sont reliés par un câble.
Forte capacité anti-interférence : la sonde et l'unité de traitement du signal étant séparées, l'unité de traitement du signal peut être tenue à l'écart des zones à haute température, haute pression ou fortes interférences électromagnétiques, améliorant ainsi la précision et la fiabilité des mesures.
Opération facile : l'unité de traitement du signal comporte généralement un écran d'affichage plus grand et davantage d'interfaces de commande, facilitant les réglages et la surveillance par les opérateurs.
Haute adaptabilité : sa conception divisée lui permet de s'adapter aux environnements de mesure difficiles, tels que les environnements de gaz ou de liquides corrosifs à haute température. La sonde peut être réalisée dans des matériaux spéciaux pour résister à ces conditions.
Les jauges de niveau à ultrasons de type divisé-sont adaptées à la mesure de niveau dans les grands réservoirs de stockage, les processus complexes et les environnements-à température élevée ou hautement corrosifs. Ils sont particulièrement adaptés aux applications nécessitant un fonctionnement à distance ou une protection contre les interférences environnementales.
Principales spécifications techniques des jauges de niveau à ultrasons
1. Plage de mesure et zone morte
La plage de mesure et la zone morte sont deux indicateurs importants des jauges de niveau à ultrasons.
La plage de mesure représente la plage maximale que la jauge de niveau peut mesurer, reflétant la sensibilité du transducteur. En d’autres termes, plus la plage de mesure est grande, plus la sensibilité est élevée. La plupart des fabricants spécifient la plage de mesure pour une surface liquide lisse, mais dans les mesures réelles, les fluctuations du niveau de liquide, les objets flottants à la surface et la présence de poussière ou de vapeur dans le matériau solide mesuré peuvent tous faire en sorte que la plage de mesure soit inférieure à la valeur nominale.
La zone morte, également connue sous le nom de zone aveugle, est la distance que la jauge de niveau à ultrasons ne peut pas mesurer en raison des répliques du transducteur à ultrasons. Par exemple, une zone morte de 30 cm signifie que lorsque la distance entre la surface du liquide et la sonde est inférieure à 30 cm, la mesure ne sera pas possible. Par conséquent, pour les produits ayant la même plage de mesure, une zone morte plus petite indique une meilleure conception du transducteur ; il facilite également l'installation pour les mesures dans des réservoirs fermés ou avec des plages de mesure courtes.
2. Température et précision
La plage de température est généralement spécifiée entre -20 et 60 degrés. Parce que la plupart des jauges de niveau utilisant des écrans LCD ont une plage de température de fonctionnement limitée à une certaine limite pour l'écran LCD ; le dépassement de cette plage entraînera des dysfonctionnements. Si les limitations de l'écran LCD ne sont pas prises en compte, la plage de température de fonctionnement est généralement de -40 à 80 degrés. Dans des circonstances normales, la température de fonctionnement des transducteurs ultrasoniques dépasse rarement 150 degrés : un dépassement de 150 degrés peut facilement endommager la céramique piézoélectrique à l'intérieur, donc 150 degrés peuvent être considérés comme une température destructrice absolue. De plus, certains matériaux utilisés dans le processus de fabrication des transducteurs ultrasoniques ne peuvent pas fonctionner pendant de longues périodes à des températures supérieures à 100 degrés ; par conséquent, la limite de température maximale pour la plupart des transducteurs est de 100 degrés.
Pourquoi considérer ensemble la précision et la température ? Car dans l’air, une erreur de mesure de température de 1 degré affecte la vitesse du son de 0,6 m/s. À 20 degrés et 1 atmosphère, la vitesse du son est d'environ 340 m/s. Par conséquent, l’impact sur l’erreur de mesure est calculé à 0,17 % ; si l'erreur de mesure de température dépasse 3 degrés, l'erreur de mesure de niveau dépassera la plage nominale de 0,5 % pour la plupart des fabricants. En réalité, la précision de 0,5 % correspond à des conditions normales de température et de pression. À des températures plus élevées ou plus basses, la précision de la mesure peut dépasser 0,5 %. Les erreurs de mesure augmentent également dans les environnements présentant des gradients de température ou des changements rapides de température. De plus, la composition du gaz a le plus grand impact sur la précision des mesures. Par exemple, en présence de liquides volatils, l’évaporation du liquide modifie la composition de l’air, ce qui à son tour modifie la vitesse du son du gaz, provoquant finalement des erreurs de mesure.
3. Pression
Sous pression négative, la mesure par ultrasons n’est généralement pas recommandée car la propagation des ultrasons se fait à travers le gaz. Une pression négative signifie que l’air à l’intérieur est raréfié. La propagation des ultrasons dans l'air raréfié pose deux problèmes : d'une part, la vitesse du son change, provoquant des erreurs de mesure ; Deuxièmement, l'atténuation des ondes sonores augmente dans l'air raréfié, ce qui entraîne une plage de mesure réduite, voire empêche complètement la mesure.
4. Corrosivité
La corrosivité des jauges de niveau teste principalement le matériau de la sonde. Dans les environnements faiblement acides ou alcalins, des coques en plastique ordinaires suffisent. Les coques en polytétrafluoroéthylène (PTFE) peuvent résister à la plupart des acides et alcalis forts. Il convient de noter que si la substance mesurée est très corrosive et volatile, il est préférable d'appliquer un adhésif sur le circuit imprimé lors de l'utilisation d'une jauge de niveau intégrée. En effet, la plupart des boîtiers étanches ne sont pas étanches aux gaz- ; une fois que le gaz pénètre dans l’équipement, il corrode le circuit imprimé.
