Hvordan vælger man en PTFE-varmer til en tank med en ultralydsniveausensor?

I procestanken er der en sofistikeret ultralydsniveausensor. Den bruger et rent, uforvrænget ekko til at måle væskens højde. En enorm lodret PTFE el-patron i lydbølgens direkte vej kan fungere som en kraftig falsk reflektor, hvilket får sensoren til at misforstå niveauet og muligvis udløse en dødelig tør-brand eller et overløb. Varmerens fysiske placering og orientering bør optimeres ikke kun for den termiske ydeevne, men også for at være akustisk uopdagelig for sensoren.

Forståelse af interferensmekanismer
Ultralydsniveausensorer udsender højfrekvente lydimpulser (normalt 20 – 200 kHz) i en tæt kegle. Lyden forplanter sig ned ad bakke, reflekteres fra væskeoverfladen og tilbage til sensoren. Tids-af-flyvemålingen oversættes til en afstandsaflæsning. Enhver fast genstand i denne kegle, såsom varmekapper, beslag eller samledåser, frembringer sit eget ekko. Men hvis signalet fra det falske ekko er kraftigt nok, kan sensoren låse sig fast på det i stedet for den ægte væskeoverflade.

En lodret PTFE el-patron placeret på eller nær midten af ​​tanken præsenterer en bred flad overflade vinkelret på lydbølgens retning. Denne geometri resulterer i en lys spejlende refleksion. Sensoren kan så fortolke dette som et væskeniveau i dybden af ​​varmelegemet, hvilket resulterer i underfyldning (hvis det falske ekko er over det sande niveau) eller overfyldning (hvis toppen af ​​varmelegemet ses som en næsten fuld tilstand). Under mere alvorlige omstændigheder kan sensoren måske ikke engang genkende tilstedeværelsen af ​​væske, hvilket tillader tanken at blive tør, mens varmeren forbliver tændt, en tilstand, der hurtigt beskadiger en PTFE-kappe.

Nøglevalgsprincip: Akustisk usynlighed
Formålet med PTFE-varmelegemets ultralydsniveausensorbeholdervalg er at gøre varmeren akustisk uopdagelig. Dette opnås ved at placere det opvarmede element helt uden for sensorens ultralydsstråle og ved at eliminere eventuelle store flade overflader, der kan fungere som spejle. Problemet er ikke PTFE-stoffet i sig selv - PTFE har en akustisk impedans svarende til vand og dæmper faktisk lyden mindre end mange metaller. Spørgsmålet handler om geometri og placering.

Foretrukken arrangement af varmelegemer
Lodret varmelegeme, sidemonteret
Et PTFE lodret varmelegeme sættes på sidevæggen af ​​tanken så tæt på væggen som muligt, og holder varmelegemet uden for den centrale strålegang. Ultralydssensoren er generelt monteret i midten af ​​toppen af ​​tanken. Det side-monterede varmelegeme er i periferien, hvor lydbølgestyrken er lavest. Dette arrangement er tilpasset til smalle tanke (diameter < 1 m) eller til en smal sensorstrålevinkel (f.eks. . 5–10 grader). For store tanke eller bredstrålende-sensorer (15–30 grader) kan sidevæggene dog også være oplyste.

Foretrukken løsning: L-formet eller vinklet varmelegeme
I de fleste installationer er det mest pålidelige valg en L--formet eller vinklet PTFE-elvarmer. Denne type varmelegeme sættes gennem en sidedyse, men vender derefter nedad eller diagonalt ind i tanken. Varmedelen er placeret parallelt med sidevæggen og er ekstremt tæt på sidevæggen, sædvanligvis ca. 50-100 mm fra væggen. Lydbølgerne spredes langsomt ud fra midten, så sensoren ser aldrig denne varmeovn, da den peger sin stråle nedad mod midten.

Et L-formet varmelegeme har to yderligere fordele:

Opvarmningslængden kan være lang (det meste af væskedybden) og stadig være uden for strålen.

Monteringsflangen er på sidevæggen væk fra toppen af ​​midten af ​​sensorinstallationen for lettere adgang.

Varmelegemet skal være en usynlig, lydløs tilstedeværelse i tanken, af vejen for de lydbølger, som er niveaukontrollens øjne.

Varmelegeme sidelæns eller vandret monteret
Lavvandede tanke (< 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.

Hvad man IKKE skal gøre: Lodret varmelegeme i midten
Den værst tænkelige placering for en tank med ultralydsniveausensor er midten, hvor en PTFE-varmer sættes i lodret position. Varmeren er et stort cylindrisk mål placeret lige i strålegangen. Selv med sensorens software, der indeholder ekko-reduktionsteknikker, er et stærkt, konstant falsk ekko fra en centralvarmer almindeligvis fejlidentificeret. Netop denne designfejl har forårsaget adskillige feltfejl i ultralydsniveaukontrol på opvarmede tanke.

Tekniske integrationsproblemer
Ultralydssensorkonfiguration
Følgende sensorparametre skal etableres, før du vælger varmelegemer:

Strålevinkel (normalt 5-30 grader). Dette specificerer lydkeglen. Strålens diameter i en vis afstand fra sensoren kan estimeres som: strålediameter=2*afstand*tan(strålevinkel/2)

Dødt bånd: Området lige foran sensoren (normalt 0,1-0,5 m), som ikke kan måles. Ingen del af varmelegemet (inklusive beslag eller samledåser) må rage ind i denne zone.

Dødbånd: Pladsen før sensoren begynder at fungere. Minimum sanseafstand.

Verifikation af varmeapparatets position
Efter at du har valgt en type varmelegeme og et monteringssted, bør der laves en hurtig kortlægningstest før selve installationen. Testprocedure:

Fastgør ultralydssensoren på dets udpegede sted.

Placer PTFE-varmeren (eller en mock-af samme form og størrelse) på det planlagte sted i tanken.

Fyld tanken med vand op til en kendt højde.

Flyt varmelegemet en lille smule, og observer sensorudgangen. Ethvert brat spring i det angivne niveau er et falsk ekko fra varmeren.

Skift varmerens position eller orientering, så der ikke er noget falsk-ekko i hele arbejdsniveauområdet.

Denne test er især relevant for tanke med komplicerede indre strukturer (bafler, blandere, spoler), der kan fremkalde yderligere refleksioner.

Monteringsbeslag & samlingsboksplacering
Mange tanktop- eller sidevægsmonterede varmelegemer er forsynet med metalmonteringsbeslag og elektriske samledåser. Disse skal også holdes ude af ultralydsstrålen. Selvom selve PTFE-kappen er ordentligt forklædt, kan et metalbeslag tæt på sensoren forårsage et betydeligt ekko. Forgreningsboksen skal placeres enten under sensorens strålegang eller på tanksiden af ​​sensoren. Hvis tanken har en flad top, skal sensoren placeres, hvor der ikke er andre top-gennemtrængende fittings (f.eks. varmeflanger, termobrønde eller faldrør) inden i bjælkekonusen.

Den praktiske udvælgelsestjekliste
For at vælge en PTFE-varmer til en tank med en ultralydsniveausensor, vil følgende tjekliste blive brugt:

Få sensordata: Strålevinkel, afstand til dødbånd og monteringssted.

Bestem strålefodaftrykket i væskens sædvanlige dybde.

Ingen varmelegeme eller beslag inde i bjælkekegle. Må ikke installeres centralt.

Vælg side-monterede L--formede eller vinklede varmelegemer, som holder den opvarmede del tæt på tankvæggen.

Vandret montering til lavvandede tanke (sørg for, at varmelegemet ikke er umiddelbart under sensoren)

Kortlægningstest med vand før kemisk service.

Indtast den endelige position på installationstegningen.

Togoperatører skal erkende, at en hurtig ændring i niveauaflæsningen kan skyldes, at varmelegemet bevæger sig (f.eks. på grund af vibrationer) ind i strålegangen.

Konklusion: Opvarmning, der er akustisk usynlig
At vælge den rigtige PTFE-varmer til en tank med en ultralydsniveausensor er en lektion i akustisk positionering. Den holder klar og præcis feedback på vitalniveauet (ekkoet fra sensoren) fri for falske refleksioner fra varmeelementet. Det optimale varmedesign er et, der ikke blænder de andre sensorer i tanken. Pålidelig og sikker tankniveaustyring kan opnås ved at vælge en side-monteret L--formet varmelegeme og validere dens position ved en kortlægningstest og sørge for, at alle beslag og tilslutningsbokse er uden for ultralydsstrålen. Dette lille integrationselement har ført til utallige tørre-brandfejl og overløbsproblemer. Et par minutters akustisk planlægning under design kan spare måneders fejlretning.