Ультразвуковые уровнемеры для небольших проектов: действительно ли они стоят своих денег?

Прошлой весной директор завода прислал мне по электронной почте таблицу, в которой сравнивались цены на четыре датчика уровня для одного дозирующего бака емкостью 2000-литров. Цены варьировались от 80 до 950 долларов за практически одну и ту же работу: сообщить оператору, когда нужно пополнить счет. Именно из-за этого разброса этот вопрос продолжает возникать. Что-то среднее между дешевым поплавковым выключателем и полнофункциональнымрадарный передатчиксидитультразвуковой уровнемер, и для большинства небольших танков об этом варианте люди сожалеют меньше всего, -, но не всегда.

Это не статья «купи это». Это описание того, куда на самом деле идут затраты, где ультразвук быстро окупается и где он незаметно становится неправильным выбором, даже если в прайс-листе он выглядел самым дешевым.

Что здесь считается «маленьким проектом»

Этот термин широко используется, поэтому его стоит уточнить. В этой статье небольшой проект означает:

Один резервуар или небольшая группа резервуаров - для воды, дозирования химикатов, топлива или технологической жидкости - обычно высотой менее 10–15 метров.
Мастерская, небольшая линия по производству напитков или продуктов питания, ферма или удаленная точка мониторинга без выделенного бюджета на оборудование.
Кто-то из группы технического обслуживания, а не инженер по системам управления, выполняет установку и время от времени устраняет неполадки.

Причина, по которой это имеет значение: спецификации, написанные для резервуарного парка нефтеперерабатывающего завода, не могут быть перенесены в цистерну для дождевой воды за складом. Логика покупки другая, если нет штатного инженера, который бы присматривал за оборудованием.

Как на самом деле работает датчик, простыми словами

Ультразвуковой передатчик устанавливается над жидкостью и излучает звуковой импульс вниз. Он рассчитывает, сколько времени потребуется эху, чтобы отразиться от поверхности и вернуться обратно, а затем преобразует это в расстояние и показания уровня. Ничто не соприкасается с жидкостью, поэтому нечего разъедать, покрывать или заменять -, что во многом объясняет, почему эта технология так часто применяется при очистке воды, пищевой промышленности и обработке легких химикатов.

Большинство устройств общего-назначения, продаваемых для небольших резервуаров, охватывают диапазон примерно до 8–10 метров, а производители предлагают модели с более узким углом луча-специально для сосудов с ограниченным пространством, а также с более короткими мертвыми зонами, которые восстанавливают полезную высоту резервуара. - функции, которые некоторые поставщики теперь создают специально для установок с ограниченным пространством-[1]. Эта деталь имеет большее значение, чем кажется - датчик с широким лучом или длинной мертвой зоной может оставить значимый участок небольшого резервуара навсегда нечитаемым, чего никто не заметит, пока резервуар не переполнится во время долива-.

What is ultrasonic level sensor?

За что вы на самом деле платите

Аппаратное обеспечение

Стоимость единиц-начального уровня для резервуаров, бочек и контейнеров начинается от нескольких сотен долларов, а базовые модели стоят примерно от 125 долларов США в зависимости от диапазона и типа выходного сигнала [2]. Выберите программируемые реле, выход 4-20 мА и химически стойкие-корпусы, такие как ПВДФ или нержавеющая сталь, и вы, как правило, обойдетесь в диапазон 300–800 долларов. Взрывозащищенные-версии или версии с большим радиусом действия имеют более высокие характеристики.

Для сравнения, бесконтактный радар стоит на уровень выше по цене и, как правило, лучше подходит для резервуаров с мешалками, внутренней конструкцией или для приложений, где точность действительно имеет значение -, но он стоит дороже и требует больше времени для правильной настройки - компактные радары могут обеспечивать точность в пределах примерно ±2 мм на жидкостях и суспензиях, что является значительным шагом вперед по сравнению с ультразвуковым по точности при соответствующем росте цены [3].

Установка

Именно здесь ультразвук обычно выигрывает для небольших установок. Датчик устанавливается на верхнюю часть резервуара - без разрезов в стенке резервуара, без успокоительного колодца и без разрешения на горячую-работу для смачиваемого фитинга. Специалист по техническому обслуживанию обычно может установить и подключить базовое устройство менее чем за час, особенно на моделях, которые полностью пропускают внешнее программное обеспечение для настройки.

Текущее обслуживание

Поскольку в свободное пространство резервуара попадает только лицевая поверхность преобразователя, а не жидкость, ультразвуковые датчики предотвращают загрязнение и механический износ, который в конечном итоге приводит к выходу из строя поплавковых выключателей и буйковых датчиков в грязных или вязких средах. Некоторые производители устройств промышленного-класса продают десятилетия эксплуатации без планового технического обслуживания в нормальных условиях. - некоторые промышленные устройства для тяжелых условий эксплуатации имеют срок службы, превышающий 20-лет [4]. При эксплуатации без контракта на техническое обслуживание зачастую именно эта цифра решает покупку, а не фиксированная цена.

Интеграция

Стандартный аналоговый выход (4-20 мА или 0-10 В) подключается практически к любому ПЛК или базовому контроллеру без использования специального программного обеспечения. Благодаря этому расходы на интеграцию небольшого-проекта остаются низкими, поскольку никому не нужно лицензировать инструмент настройки или отправлять кого-то на обучение -, что может произойти с радарами более высокого класса или волноводными системами.

Быстрое сравнение-мировых показателей

В ходе небольшой операции по розливу, с которой я работал, на каждый бак использовалось два поплавковых выключателя -: один для высокого уровня, другой для низкого уровня - в наборе из четырех резервуаров для сиропа. Переключатели работали, пока не перестали: липкие остатки сиропа периодически заклинивали поплавковый рычаг, и дважды в год кому-то приходилось вытаскивать переключатель и чистить его, что означало предварительное опорожнение бака. Переход на один ультразвуковой передатчик на каждый резервуар с выходом 4–20 мА, подключенный к существующему ПЛК, полностью устранил цикл слива и очистки. Аппаратное обеспечение стоит дороже, чем пара поплавков, но экономия труда на двух остановках в год окупила эту разницу в течение первых двенадцати месяцев. Эта закономерность снова и снова проявляется в небольших проектах: выигрыш заключается не в цене за единицу, а в том, что вам больше не придется делать потом.

Где ультразвуковой метод является очевидным выбором

Жидкости от чистой-до-умеренной-чистоты в открытых или вентилируемых резервуарах - вода, мягкие дозированные химикаты, топливо, хранилище дождевой воды
Модернизация, где врезка в существующий резервуар невозможна.
Удаленные или беспилотные объекты, поскольку меньшее количество движущихся частей означает меньше причин выезжать туда.
Бюджет-ограничен на небольшие операции, где точность уровня радара-просто не требуется

Где не хватает - даже при выполнении небольшой работы

Пена, густой пар или турбулентная поверхность

Измерение зависит от чистого эхосигнала. Пена, конденсат или густой пар на поверхности датчика рассеивают или поглощают импульс и дают ненадежные показания, и это хорошо-задокументированное слабое место технологии в резервуарах с внутренними препятствиями или сильной пеной и паром [5]. В эту ловушку регулярно попадают ферментационные резервуары и некоторые системы очистки сточных вод. Датчик гидростатического давления или управляемый радар обычно являются лучшим выбором в долгосрочной-срочной перспективе, даже при ограниченном бюджете.

Внутренние препятствия

Лестницы, мешалки, нагревательные змеевики и перегородки отражают ложные эхо-сигналы обратно на датчик. Радар с узким-лучем, обеспечивающий лучшее подавление препятствий, часто стоит дополнительных затрат, если на пути сигнала танка имеется внутреннее оборудование.

Жесткие требования к точности

Ультразвуковые датчики обеспечивают точность около 0,25–0,5% от полного диапазона, что позволяет с комфортом выполнять большинство задач по хранению и дозированию. Если процесс требует миллиметровой-повторяемости - точного дозирования химических соотношений, например - более высокая точность радара - опять же, примерно ±2 мм для жидкостей и суспензий - является более оправданным расходом [3].

Три вопроса перед покупкой

Резервуар имеет вентиляцию и достаточно спокойную поверхность?Если да, ультразвук остается в игре.
Есть ли внутренние препятствия, густая пена или густой пар?Если да, вместо этого посмотрите на радар или гидростатический датчик.
Вам нужна точность выше 0,5%?Если да, то экономия на ультразвуковом оборудовании, вероятно, не компенсирует затраты на повторную-калибровку или отклонения в процессе в дальнейшем.

Если ваш резервуар чистый, имеет вентиляцию и не имеет внутренних препятствий, -, что относится к большинству небольших коммерческих и легких-промышленных установок, - ультразвуковой, скорее всего, является наиболее экономичным-эффективным вариантом из имеющихся, сочетающим в себе низкую стоимость оборудования, минимальные трудозатраты на установку и практически-нулевое обслуживание в течение всего срока службы.

Часто задаваемые вопросы

Достаточно ли точен ультразвуковой уровнемер для небольшого резервуара?

Для большинства приложений хранения, дозирования и учета запасов — да. Точность 0,25–0,5% от полной дальности более чем достаточна для танков длиной менее 10–15 метров. Это становится ограничением только для процессов, требующих повторяемости на уровне миллиметра-, таких как точное дозирование.

Как долго обычно работает ультразвуковой датчик уровня?

Устройства промышленного-класса обычно рассчитаны на десятилетия непрерывной работы без планового обслуживания, поскольку датчик никогда не контактирует с жидкостью. Фактический срок службы сильно зависит от условий окружающей среды - пар, пыль и перепады температуры на поверхности датчика сокращают его.

Можно ли использовать ультразвуковые датчики с агрессивными или вязкими жидкостями?

Зачастую да, именно потому, что сенсор не касается среды. Ограничивающим фактором является не сама жидкость, а происходящее на поверхности - пена, густой пар или брызги, которые могут мешать сигналу независимо от того, что это за жидкость.

Какова основная причина, по которой ультразвуковой датчик дает ненадежные показания?

Почти всегда одно из трех: пена или пар на поверхности датчика, внутреннее препятствие, отражающее ложное эхо, или зона нечувствительности, слишком длинная для высоты резервуара. Проверка этих трех факторов, прежде чем обвинять датчик, решает большинство жалоб на местах.

Что лучше — ультразвуковой или радарный вариант для начинающего-покупателя с ограниченным бюджетом?

Для чистого, вентилируемого резервуара без внутренней конструкции ультразвук обычно является более экономически-эффективной отправной точкой. Радар получает более высокую цену, когда в резервуаре имеются мешалки, лестницы или другие препятствия или когда требования к точности необычайно высоки.

Нужна ли повторная калибровка ультразвуковых датчиков уровня после установки?

Многие модели предварительно -калиброваны или-самонастраиваются с использованием функции обучения пустого/полного уровня во время настройки, поэтому постоянная повторная калибровка проводится редко при стабильных условиях эксплуатации. Исключением являются резервуары с измененной внутренней геометрией или добавленными препятствиями.

Заключительные мысли

Экономическая эффективность-в небольшом проекте редко сводится к цифре, указанной в предложении. Позже - будет показано, сколько времени займет установка, нужно ли что-либо заменять после года использования, а также подключается ли датчик к тому, что у вас уже есть, или заставляет вас использовать новое программное обеспечение. Ультразвуковые указатели уровня, как правило, выигрывают по всем трем пунктам для чистых, вентилируемых и-свободных резервуаров. Где они проиграют, тоже предсказуемо: пена, пар, внутреннее оборудование или требования к точности, для которых технология никогда не была создана.

Самый безопасный способ определить характеристики датчика — это привести его в соответствие с реальными условиями в резервуаре, а не с ценой отдельно. Устройство стоимостью 150 долларов, дающее плохие показания в резервуаре с пеной, не является выгодной покупкой -, это стоимость, которая еще не указана в счете.

Если вы взвешиваете варианты для конкретного резервуара, - размеры, среда, наличие пенопласта или внутренняя структура, учитываемая -, отправьте подробную информацию, и мы поможем определить, какой тип датчика действительно подходит, а не только тот, который мы продаем. Свяжитесь с нашей командой, чтобы получить быструю рекомендацию и ценовое предложение.

Свяжитесь сейчас