Jak skalibrować ultradźwiękowy wskaźnik poziomu|Krok-po-Przewodnik krok po kroku - Blog

Otwórz dziennik konserwacji w niemal każdym zakładzie produkcyjnym, a w końcu znajdziesz odczyt poziomu, który nie odpowiada faktycznej zawartości zbiornika. W dziewięciu przypadkach na dziesięć nie jest to zły czujnik - jest to czujnik, który nigdy nie został prawidłowo skalibrowany lub taki, który przekroczył tolerancję i nikt nie wykrył go na czas.Ultradźwiękowe wskaźniki poziomusą koncepcyjnie proste: wyślij impuls, zmierz echo, oblicz odległość. Problemy z dokładnością wynikają z kilku drobnych szczegółów, które są pomijane podczas konfiguracji i po cichu nasilają się w ciągu miesięcy pracy.

W tym przewodniku opisano kalibrację w taki sposób, w jaki przeprowadzałby ją technik stojący przed zbiornikiem. - Co należy sprawdzić przed dotknięciem menu konfiguracji, jak prawidłowo ustawić zero i zakres oraz jakie błędy powodują najwięcej wezwań serwisu.

Dlaczego kalibracja ma większe znaczenie, niż większość ludzi myśli

Ultradźwiękowy wskaźnik poziomu mierzy poziom w sposób pośredni. Przetwornik wysyła impuls akustyczny w kierunku cieczy lub powierzchni stałej, a wbudowana elektronika oblicza odległość na podstawie czasu potrzebnego na powrót echa, w oparciu o prędkość dźwięku w powietrzu. Ta prędkość dźwięku nie jest stała, - zmienia się ona wraz z temperaturą, wilgotnością i składem gazu wewnątrz naczynia. Czujnik skalibrowany raz podczas instalacji i nigdy więcej nie dotykany będzie się odchylał, czasem o kilka milimetrów, czasem o kilka centymetrów, w zależności od tego, jak bardzo warunki procesu odbiegły od pierwotnej konfiguracji.

W przypadku-krytycznych zastosowań - zbiornika na wodę deszczową, na przykład - niewielki dryf nie ma większego znaczenia. Jednak w przypadku dozowania chemikaliów, transferu rozliczeniowego lub dowolnego procesu, w którym dane o poziomie są wprowadzane do automatycznych pętli kontrolnych, dryf ten może przełożyć się na przepełnienie zbiorników, zadziałanie alarmów lub niedokładne zliczenie zapasów. Rutynowa kalibracja sprawia, że liczba na ekranie jest zgodna z liczbą w zbiorniku.

Ultrasonic Level Transmitter

Zrozumienie dwóch punktów odniesienia: zero i rozpiętość

Każda kalibracja poziomu ultradźwiękowego sprowadza się do prawidłowego ustawienia dwóch punktów odniesienia.

Punkt zerowy (pusta odległość)

Punkt zerowy to odległość od czoła przetwornika do najniższego punktu, który czujnik musi zmierzyć -, zazwyczaj dno zbiornika, lub określony-odniesienie dolnego poziomu, jeśli zbiornik posiada złączkę studzienki lub wylotu, która tworzy martwą strefę. Zrozum to źle, a każdy odczyt powyżej będzie błędny o stałe przesunięcie, nawet jeśli surowe taktowanie echa czujnika będzie idealne.

Punkt rozpiętości (pełna odległość)

Rozpiętość, czasami nazywana pełną-skalą lub punktem-wyższego poziomu, określa najkrótszą odległość, jaką odczyta czujnik -, zwykle w pobliżu górnej części zakresu pomiarowego. Razem zero i zakres ustalają okno robocze, którego używa przetwornik do konwersji czasu echa na wartość procentową lub jednostkę-inżynierską (4–20 mA, HART lub cyfrowo).

Popraw oba punkty, a cały zakres pomiarowy między nimi zostanie poprawnie skalowany. Jeśli źle zrozumiesz którykolwiek z nich, otrzymasz czujnik, który może odczytać dobrze przy 50%, ale zauważalnie dryfować w pobliżu pustego lub pełnego.

Procedura kalibracji krok-krok po-

1. Najpierw potwierdź geometrię instalacji

Przed dotknięciem jakiegokolwiek menu kalibracji sprawdź konfigurację fizyczną. Zmierz rzeczywistą odległość od czoła przetwornika do najniższego mierzalnego punktu w naczyniu i zanotuj odległość blokowania (minimalny-odległość, której przetwornik nie może odczytać ze względu na dzwonienie przetwornika. Producenci publikują tę wartość-w zakresie martwego pasma w arkuszu danych, - ignorując ją, ponieważ jest to jedno z najczęstszych źródeł błędnych odczytów niskiego-poziomu.

Sprawdź także, czy kąt wiązki ma wolną drogę do powierzchni. Przeszkody, takie jak drabiny, wały mieszadła lub dysze wlotowe wewnątrz stożka, będą generować fałszywe echa, które czujnik może zablokować zamiast na rzeczywistej powierzchni.

2. Wybierz opcję Kalibracja na sucho lub Kalibracja na mokro

Istnieją dwa praktyczne sposoby ustawiania punktów odniesienia, a wybór zależy od zastosowania i tego, jak ważne są wymagania dotyczące dokładności.

Kalibracja na suchowykorzystuje znane odległości, a nie rzeczywisty poziom cieczy. Wprowadzasz odległość na pusto (dno zbiornika do przetwornika) i pełną odległość (lub rozpiętość) bezpośrednio za pomocą lokalnej klawiatury lub oprogramowania konfiguracyjnego, w oparciu o rysunek mechaniczny statku. Jest to szybsza metoda i zwykle wystarcza w przypadku zbiorników-ogólnego przeznaczenia, gdzie dopuszczalny jest niewielki margines błędu.

Kalibracja na mokropolega na napełnieniu zbiornika do dwóch lub więcej znanych poziomów - zweryfikowanych niezależnie za pomocą taśmy zanurzeniowej, wziernika lub skalibrowanego odniesienia - i dopasowania sygnału wyjściowego nadajnika. Metoda ta uwzględnia rzeczywiste zachowanie akustyczne wewnątrz rzeczywistego zbiornika, w tym wszelkie drobne skutki sygnału pochodzące z geometrii zbiornika, i jest preferowaną metodą przekazywania rozliczeń, raportowania regulacyjnego lub wszelkich procesów, w których koszt niedokładnego odczytu jest wysoki.

3. Ustaw punkt zerowy

Gdy zbiornik jest pusty (lub znajduje się na najniższym zdefiniowanym poziomie), przejdź do menu konfiguracji przetwornika - za pośrednictwem lokalnego wyświetlacza, ręcznego komunikatora HART lub oprogramowania konfiguracyjnego, w zależności od modelu. Wprowadź lub potwierdź pustą wartość odległości. W większości nowoczesnych nadajników można tego dokonać albo poprzez bezpośrednie wprowadzenie wartości liczbowych, albo za pomocą funkcji „automatycznego zerowania”, która odczytuje bieżące echo i zapisuje je jako odniesienie.

4. Ustaw punkt rozpiętości

Powtórz proces na górnym końcu zakresu. Jeśli przeprowadzasz kalibrację na mokro, doprowadź zbiornik do znanego wysokiego poziomu i potwierdź, że sygnał wyjściowy przetwornika jest zgodny. Jeśli jest suchy, wprowadź wartość odległości-w pełnej skali z rysunku statku.

5. Sprawdź w oparciu o niezależne referencje

Ten krok jest pomijany częściej niż powinien. Po ustawieniu zera i zakresu sprawdź odczyt nadajnika za pomocą niezależnej metody - odczytu z taśmy zanurzeniowej, wziernika lub drugiego skalibrowanego przyrządu - na dwóch lub trzech poziomach pośrednich, a nie tylko w punktach końcowych. Czujnik, który ustawia się w linii przy stanie pustym i pełnym, może nadal wykazywać błąd-w kształcie łuku w środku zakresu, jeśli algorytm przetwarzania echa zmaga się z trudną powierzchnią (piana, turbulencja lub wąskie naczynie z silnymi odbiciami od ścian).

6. Dostosuj się do rekompensaty środowiskowej

Jeśli aplikacja wiąże się ze znacznymi wahaniami temperatury - zbiornik wystawiony na bezpośrednie działanie promieni słonecznych lub naczynie z podgrzaną zawartością - sprawdź, czy przetwornik ma wejście kompensacji temperatury lub wbudowany-czujnik. Prędkość dźwięku w powietrzu zmienia się w przybliżeniu o 0,17% na stopień, co jest małą wartością na stopień, ale sumuje się w zastosowaniach o szerokich zakresach temperatur sezonowych lub procesowych.

7. Udokumentuj kalibrację

Zapisz datę, zastosowaną metodę referencyjną, warunki otoczenia, nazwisko technika i odczyty przed/po. To nie tylko papierkowa robota -, to ślad danych, który pozwala następnemu technikowi wykryć tendencje odchylające się w czasie, zamiast zaczynać od zera za każdym razem, gdy coś wygląda nie tak.

Typowe błędy kalibracyjne, których warto unikać

Ignorowanie martwej strefy.Ustawienie punktu zerowego w minimalnej odległości blokowania określonej przez producenta powoduje niestabilne odczyty lub brak odczytów w pobliżu wartości pustych, co często jest błędnie diagnozowane jako uszkodzony czujnik.

Kalibracja z zakłóconą powierzchnią.Piana, silne turbulencje lub mieszadło pracujące podczas kalibracji mogą spowodować zablokowanie czujnika na fałszywym echu. Jeśli to możliwe, kalibrację należy wykonywać przy stabilnych, cichych warunkach powierzchniowych.

Pomijam kontrolę-średniego zasięgu.Jak wspomniano powyżej, weryfikacja tylko dwóch punktów końcowych powoduje ukrycie błędów pojawiających się w innym miejscu zakresu.

Zapominanie o ponownej-kalibracji po zmianie procesu.Przejście na inny produkt o innej gęstości pary lub modyfikacja wewnętrznego osprzętu zbiornika może zmienić zachowanie akustyczne na tyle, że uzasadniona będzie ponowna kalibracja -, a nie tylko zresetowanie oprogramowania sprzętowego.

Nie uwzględnia kąta montażu.Przetwornik, który nie jest zamontowany prostopadle do powierzchni cieczy, odbija impuls od odbiornika, a nie z powrotem do niego, co osłabia siłę sygnału i może wyglądać na problem z kalibracją, gdy w rzeczywistości jest to problem mechaniczny.

Przykład terenowy: kiedy „ponowna kalibracja” nie była prawdziwym problemem

Pewnego razu podczas operacji mieszania chemikaliów średniej wielkości{0}} wykryto powtarzający się problem: ultradźwiękowy wskaźnik poziomu w zbiorniku mieszającym pokazywał poziom o około 8% wyższy niż ten, który operator potwierdził ręcznie przy zmianie zmiany. Pierwszym krokiem zespołu konserwacyjnego była dwukrotna ponowna kalibracja -. W obu przypadkach odczyt wyglądał prawidłowo natychmiast po kalibracji, a następnie wracał w ciągu kilku dni.

Prawdziwą przyczyną okazała się piana. Proces mieszania wygenerował trwałą warstwę pianki o grubości kilku centymetrów, a czujnik blokował się na górze pianki, a nie na prawdziwej powierzchni cieczy pod spodem. Żadna regulacja zera/zakresu nie rozwiązuje tego problemu, ponieważ punkty zerowe i rozpiętości nigdy nie były błędne - tak było z celem echa. Przełączenie ustawień przetwarzania-echa czujnika na tryb dostosowany do powierzchni-podatnych na pianę i dodanie krótkiego opóźnienia tłumienia w celu odfiltrowania fałszywego bliskiego-echa rozwiązało dryft bez konieczności ingerencji w kalibrację.

Lekcja ta dobrze uogólnia: nie każda rozbieżność poziomów jest problemem związanym z kalibracją. Przed regulacją zera i zakresu warto wykluczyć stan powierzchni, geometrię montażu i zakłócenia sygnału, - w przeciwnym razie skończy się to ponowną kalibracją czujnika, który przez cały czas prawidłowo odczytywał swój rzeczywisty cel.

Jak często należy przeprowadzać ponowną kalibrację?

Nie ma jednego przedziału czasu, który pasowałby do każdego zastosowania -. Zależy to od tego, jak krytyczny jest pomiar i jak stabilne są warunki procesu. Jako ogólne wytyczne:

Aplikacje do przekazywania rozliczeń lub raportowania-regulacyjnego: weryfikacja na podstawie identyfikowalnych referencji co kwartał.
Standardowe monitorowanie procesu w stabilnych warunkach: zazwyczaj wystarcza coroczna kontrola.
Surowe lub zmienne środowiska(duże wahania temperatury, atmosfera-z dużym zapyleniem lub parą): częstsze kontrole punktowe są warte dodatkowego wysiłku, ponieważ takie warunki przyspieszają znoszenie.

Zalecenia producenta powinny zawsze mieć pierwszeństwo, jeśli są bardziej konserwatywne niż powyższe, szczególnie w przypadku przetworników stosowanych w systemach-przyrządowych bezpieczeństwa.

Co to oznacza przy wyborze czujnika

Warto wziąć pod uwagę wysiłek związany z kalibracją przed zakupem, a nie tylko po instalacji. Kilka praktycznych punktów do rozważenia:

Funkcje automatycznego-zero i{1}}rozpiętości jednego przyciskuznacznie skrócić czas konfiguracji instalacji wielo-zbiornikowych, zwłaszcza gdy wykonawca musi uruchomić dziesiątki czujników według napiętego harmonogramu.

Wbudowana-kompensacja temperaturyma większe znaczenie, niż to wygląda w arkuszu danych, jeśli czujnik będzie umieszczony na zewnątrz lub w pobliżu ogrzewanego sprzętu -, eliminuje całą kategorię dryfu bez udziału technika.

Konfigurowalne profile-przetwarzania echa(piana, mieszanie, powierzchnie o niskiej dielektrycznej) mogą zaoszczędzić wizyty serwisowej, jak pokazuje powyższy przykład. Łatwiej jest wybrać właściwy profil podczas uruchamiania, niż zdiagnozować „duchowy” problem z kalibracją kilka miesięcy później.

Wyjście HART lub cyfrowe ze zdalną konfiguracjąpozwala technikowi zweryfikować i dostosować kalibrację ze sterowni, co ma znaczenie w przypadku zbiorników, do których fizycznie trudno jest uzyskać dostęp. Jeśli warunki procesu obejmują ciężkie opary, pianę lub pył, co powoduje, że pomiar ultradźwiękowy jest mniej niezawodny,a radarowy czujnik poziomumoże lepiej pasować do tego samego procesu-zdalnej konfiguracji.

Nic z tego nie zastąpi dobrej praktyki kalibracji, ale dzięki odpowiedniemu przetwornikowi będzie ona przede wszystkim szybsza i mniej{0}}podatna na błędy.

Ostatnie przemyślenia

Kalibracja ultradźwiękowego wskaźnika poziomu nie jest skomplikowana, ale nagradza cierpliwość. Technicy, którzy uzyskują niezmiennie dokładne odczyty, niekoniecznie korzystają z droższego sprzętu - to oni sprawdzają geometrię instalacji, zanim zrzucą winę na czujnik, weryfikują na podstawie niezależnego odniesienia, zamiast ufać wyłącznie dwóm punktom końcowym, i prowadzą dziennik kalibracji, który zamienia „wydaje się w porządku” w rzeczywisty trend danych. Ustaw prawidłowo punkty zerowe i rozpiętości, uwzględnij środowisko, w którym faktycznie pracuje czujnik, a reszta zakresu pomiarowego zajmie się sama.

Referencje

Instrument Society of America (ISA) - ogólne wytyczne dotyczące przyrządów do pomiaru poziomu i praktyk kalibracyjnych.
Amerykański Instytut Naftowy,Podręcznik standardów pomiaru ropy naftowej, Rozdział 3 - zasady pomiaru zbiorników i pomiaru poziomu.
Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) - dane referencyjne dotyczące prędkości dźwięku w powietrzu i jej zależności od temperatury.
Dokumentacja techniczna producenta ultradźwiękowych przetworników poziomu, specyfikacje - martwego-pasma (odległości blokowania) i procedury konfiguracji.

Rozwiązujesz problem kalibracji własnego zbiornika lub wybierasz nowy ultradźwiękowy lub radarowy przyrząd do pomiaru poziomu do trudnego zastosowania? Prześlij nam rysunek zbiornika i warunki procesu -, a pomożemy Ci wybrać właściwą konfigurację, zanim stanie się to okresowym zgłoszeniem serwisowym.

Skontaktuj się teraz