Ресурсы
Application Notes
Назад к ресурсам

Ультразвуковое измерение уровня жидкости


Измерение уровня жидкости в емкостях с помощью EPOCH XT

Применение:

Измерение уровня жидкости в контейнере или трубе с использованием неинвазивного метода (непосредственное измерение уровня) или определение присутствия/отсутствия жидкости в герметичной емкости.

Предпосылка:

Самый простой метод измерения уровня жидкости – с использованием щупа или индикаторного поплавка. Однако, в некоторых случаях этот способ использовать невозможно, например, при измерении уровня жидкости в герметичных емкостях, которые не могут быть открыты, или их содержимое не может быть подвержено воздействию воздуха. Кроме этого, иногда возникает необходимость быстрого автоматического измерения уровня жидкости в большом количестве емкостей в процессе их наполнения. В подобных случаях оптимальным решением часто является измерение уровня жидкости с помощью ультразвука. Ультразвуковой неразрушающий контроль также применяется в следующих случаях:

  • Измерение уровня едких и химически активных жидкостей при контроле процессов химического обогащения. В этих случаях емкости не могут быть вскрыты по причинам безопасности, а свойства химических препаратов не позволяют установить внутренний поплавковый уровнемер.
  • Обнаружение в трубопроводах стоячих жидкостей. Некоторые технологические операции требуют проверки наличия или отсутствия жидкостей в трубопроводах. В частности, такие измерения проводятся при необходимости открыть или разрезать трубопровод в процессе его обслуживания.
  • Поточный контроль уровня жидкости в различных автомобильных узлах, таких как баки для горючего, коробки передач, поддоны картеров и дифференциалы. В данном случае необходимы быстрые и надежные измерения средствами неразрушающего контроля. В некоторых случаях, контрольно-измерительные приборы используются в комбинации с автоматическим манипулятором для позиционирования ПЭП при измерении заполненных контейнеров в режиме онлайн. Выходы приборов используются для активации краскометов, с помощью которых маркируются контейнеры, где уровень заполнения выходит за допустимые пределы.
  • Измерение в нефтеперерабатывающих системах толщины слоя жидких нефтепродуктов, находящегося поверх слоя воды. В принципе, можно измерить толщину одиночного слоя любой жидкости, находящейся поверх другой жидкости, если акустический импеданс этих жидкостей различен.

В целом, измерения уровня жидкости разделяются на два типа: в первом случае требуется измерение реального уровня жидкости (по глубине или по высоте), во втором случае необходимо только определить наличие/отсутствие жидкости в выбранной точке. Описания этих двух типов измерений приведены ниже.

Оборудование для измерения уровня жидкости:

Уровень жидкости обычно измеряется эхо-импульсным методом, с использованием стандартных ультразвуковых толщиномеров или дефектоскопов с широким диапазоном измерения. Выбор преобразователей зависит от требований контроля (чаще всего это ПЭП с частотой 1 МГц – 2,25 МГц). Мы рекомендуем использовать любые из нижеперечисленных приборов:

  • Толщиномеры 38DL PLUS® и 45MG с ПО для одноэлементных ПЭП: Эти прецизионные толщиномеры могут быть настроены на измерение уровня жидкости, обеспечивают высокий/низкий пороги сигнализации, сохраняют данные для учета и документации, а также имеют цифровой дисплей. Диапазон измерений обычно достигает 125 мм.
  • Дефектоскопы EPOCH 650® и EPOCH 6LT: Эти дефектоскопы способны измерять очень длинные УЗ-пути по жидкости (теоретически больше 1,25 м).

Диапазон и точность измерений этих приборов будут зависеть от условий проведения анализа. Для большинства жидкостей точность измерения составляет ± 2,5 мм.

Порядок измерения уровня жидкости:

Для измерения уровня жидкости в емкости, преобразователь приставляется ко дну емкости с использованием контактной жидкости. Электрический сигнал, поступающий с прибора на преобразователь, вызывает короткий ультразвуковой импульс, который проникает через стенку емкости и попадает в жидкость. Проходя через жидкость, импульс достигает поверхности жидкости, отражается от нее и возвращается обратно на преобразователь.

Эхо-сигнал от поверхности жидкости с точностью отсчитывается от временной точки электронного нуля, установка которой позволяет вычесть от общего времени время прохождения ультразвука через стенку емкости. Время прохождения ультразвукового сигнала до отражающей поверхности и обратно преобразуется в значение уровня жидкости по следующей формуле:

h = vt/2

Где:
h = уровень жидкости
v = скорость звука в жидкости
t = время прохождения ультразвука до отражающей поверхности и обратно

Уровень жидкости отображается на цифровом экране. Для наиболее эффективного использования этого способа измерения уровня жидкости необходимо учитывать следующие факторы:

1. Тип и толщина материала стенок емкости. Учитывайте эти факторы в первую очередь применительно к свойствам и диапазону уровней жидкости. Стальные емкости с толстыми стенками могут серьезно ограничить минимальный измеряемый уровень жидкости из-за эффекта отзвука. Пластмассовые емкости, в свою очередь, обладают акустическими свойствами, близкими к акустическим свойствам большинства жидкостей, поэтому обеспечивают эффективную передачу ультразвука с преобразователя в жидкость, уменьшая отзвук до минимума.
2. Состояние поверхности стенок емкости. Корродированные или изъязвленные поверхности могут искажать ультразвуковой импульс, поступающий в жидкость, и тем самым затруднять измерения или делать их совершенно невозможными.
3. Кривизна емкости. Сильно искривленные емкости могут искажать ультразвуковой импульс и приводить к нарушению контакта преобразователя с емкостью, не позволяя получить надежные результаты измерений.
4. Препятствия. УЗ-путь между дном контейнера и поверхностью жидкости должен быть свободен, не иметь перегородок или заполненных труб.
5. Акустические свойства жидкости. Степень рассеяния ультразвука в жидкости часто определяет максимальный измеряемый уровень жидкости. Как правило, жидкости с высокой степенью вязкости или с высокой концентрацией твердых частиц больше всего рассеивают ультразвук.
6. Влияние температуры. Изменение температуры жидкости приводит к изменению скорости распространения в ней ультразвука. Если компенсация скорости ультразвука настроена на приборе неправильно, показание уровня жидкости будет неверным.
7. Пузырьки газа. Пузырьки воздуха или других газов рассеивают звуковые волны и часто дают ложные показания (или вовсе мешают считыванию данных).
8. Движение поверхности жидкости. Для получения точного эхо-сигнала поверхность жидкости в емкости должна оставаться неподвижной.
9. Состав жидкости. Для получения точных результатов измерения жидкость должна быть равномерной по составу и иметь одинаковую температуру.
10. Качество акустического контакта между преобразователем и стенкой емкости. Необходим равномерный акустический контакт между ПЭП и стенкой емкости для прохождения ультразвукового импульса с преобразователя через стенку емкости в жидкость.

Оборудование для определения наличия/отсутствия жидкости:

Для определения наличия/отсутствия жидкости эхо-импульсным методом, мы рекомендуем использовать дефектоскопы серии EPOCH® производства Olympus. Выбор преобразователя будет зависеть от типа жидкости и длины пути ультразвука.

Порядок определения наличия/отсутствия жидкости:

Экраны EPOCH 650 – измерение уровня жидкости Выбор режима контроля зависит от конкретных условий. Чаще всего используется эхо-импульсный режим, если объектом контроля является емкость или труба, форма которой обеспечивает передачу ультразвукового импульса через жидкость и прием эхо-сигнала от противоположной стенки емкости. Отсутствие или наличие жидкости может быть отмечено визуальной или акустической сигнализацией. В режиме импульс-эхо, сигнал от преобразователя проникает в стенку емкости. Если в контрольной точке есть жидкость, часть ультразвуковой энергии проходит через жидкость, отражается от противоположной стенки емкости и возвращается через жидкость и стенку емкости обратно на преобразователь. Если жидкости нет, то донный эхо-сигнал отсутствует. Однако при этом может наблюдаться некоторое количество эхо-сигналов от внутренней поверхности стенки емкости, с которой контактирует преобразователь. Для такого теста обычно используются низкочастотные контактные преобразователи. На рис. ниже, контактный преобразователь (2,25 МГц) установлен на стенке стального контейнера шириной 45 мм. Эхо-сигналы в левой части экрана представляют многочисленные реверберации в стенке емкости; в зоне красного строба эхо-сигналы отсутствуют.

При установке строба во временной точке, в которой ожидается эхо-сигнал от дальней стенки, оператор может контролировать состояние жидкости. При наличии жидкости, в зоне строба появляется эхо-сигнал, как видно на рис. справа.

Экран EPOCH 650 – измерение уровня жидкости В некоторых случаях, эхо-импульсный режим использовать нельзя. Если на пути распространения ультразвука в жидкости имеются препятствия, определение наличия/отсутствия жидкости производится на основании эффекта отзвука (ringdown). В этом случае, требуется чистая ровная поверхность для обеспечения равномерного акустического контакта. Ультразвуковой прибор реагирует на изменения в эхо-сигналах от стенки, к которой приставлен преобразователь. Эффект напоминает звонящий колокол, подвешенный в воздухе в одном случае и погруженный в жидкость в другом. Жидкость заглушает акустическую энергию гораздо быстрее, чем воздух. Ультразвуковой прибор как бы «слушает» эхо-сигнал и по его типу определяет наличие или отсутствие жидкости в конкретной точке.

Данный тип контроля обычно выполняется с использованием преобразователя с линией задержки. На рис. ниже показан типичный реверберационный УЗК стального контейнера с использованием преобразователя с линией задержки V206-RB (5 МГц). Верхний А-скан представляет реверберацию эхо-сигнала от стенки под слоем жидкости. Огибающая эхо-сигнала построена с помощью функции DAC. Нижний А-скан отображает большие эхо-сигналы, полученные от противоположной стенки, где демпфирующий эффект жидкости на внутренней поверхности больше не является фактором. Перемещая преобразователь вверх-вниз по стенке контейнера и отслеживая переходную точку между двумя схемами, оператор может определить верхний предел жидкости в контейнере.

Экран – Реверберационный метод УЗК
Экран – Реверберационный метод УЗК
Olympus IMS
Продукты, используемые для этой цели

Портативный ультразвуковой дефектоскоп EPOCH 6LT оптимизирован для работы одной рукой, отличается превосходными рабочими характеристиками и специально разработан для контроля в условиях промышленного альпинизма. Компактный эргономичный прибор легко помещается в руке и может быть закреплен на ноге оператора при выполнении высотных работ.
EPOCH 650 представляет собой традиционный ультразвуковой дефектоскоп с отличными рабочими характеристиками и удобством в эксплуатации, для решения самых разнообразных задач контроля. Этот прочный и легкий прибор с интуитивным управлением является продолжением популярного ультразвукового многофункционального дефектоскопа EPOCH 600.
45 MG – это ультразвуковой портативный толщиномер, оснащенный стандартными функциями измерения и дополнительным программным обеспечением. Этот уникальный прибор совместим не только с раздельно-совмещенными преобразователями производства Olympus, но также используется с одноэлементными датчиками, тем самым являясь комплексным решением для всех случаев контроля.
38DL PLUS — усовершенствованный ультразвуковой толщиномер. Используется с раз­дельно-совмещенными преобразователями для измерения утонения стенок корродированных труб; включает режимы THRU-COAT и Эхо-эхо. Используется с одноэлементными преобразователями для высокоточного измерения толщины тонких, слишком толстых или многослойных материалов.
EPOCH 1000 – ультразвуковой дефектоскоп с расширенным набором функций УЗК и возможностью активации фазированных решеток в специализированном центре обслуживания Olympus. Основные характеристики: соответствие стандарту EN12668-1, 37 фильтров цифрового приемника, частота повторения импульсов 6 кГц для высокоскоростного сканирования.
Sorry, this page is not available in your country
Let us know what you're looking for by filling out the form below.

This site uses cookies to enhance performance, analyze traffic, and for ads measurement purposes. If you do not change your web settings, cookies will continue to be used on this website. To learn more about how we use cookies on this website, and how you can restrict our use of cookies, please review our Cookie Policy.

OK