Le détecteur de niveau ultrasonique: principe, sélection

1, Principe de mesure : la logique fondamentale de la méthode de différence de temps pour la mesure de distance
       Le principe de fonctionnement d'un capteur de niveau à ultrasons peut être résumé par la "méthode de télémétrie par écho". L'instrument est contrôlé par un microprocesseur et émet des impulsions ultrasonores à haute fréquence vers la surface du liquide mesuré par l'intermédiaire d'un transducteur (sonde). Une fois les ondes sonores réfléchies par la surface du liquide, les échos sont reçus par le même transducteur et convertis en signaux électriques. Le système calcule la distance entre le capteur et la surface du liquide en se basant sur la différence de temps entre l'émission et la réception des ondes sonores, combinée à la vitesse de propagation des ondes sonores dans le milieu. L'expression mathématique est : S=C × T/2, où S est la distance, C la vitesse du son et T le temps de propagation.
       Il convient de noter que les impulsions émises par le transducteur ultrasonique ont une certaine largeur, ce qui fait que les ondes émises et les ondes réfléchies se chevauchent et deviennent indiscernables dans la zone la plus proche de la sonde, ce que l'on appelle la "zone morte de mesure". La zone morte est un indicateur strict qui doit être soigneusement pris en compte lors de la sélection : la hauteur d'installation doit être supérieure à la zone morte, faute de quoi il sera impossible de mesurer normalement. De plus, la vitesse du son est influencée par des facteurs tels que la température et la densité du milieu. Les instruments intelligents modernes intègrent généralement des capteurs de température pour la compensation de la vitesse afin de garantir la précision de la mesure.

2, Points clés de sélection : prise en compte globale en fonction des conditions de fonctionnement
       La sélection rigoureuse des capteurs de niveau à ultrasons doit s'articuler autour des dimensions clés suivantes :
Plage de mesure et zones mortes: La portée des produits conventionnels couvre 0,1 m à 30 m, et une marge de sécurité de 10 % à 20 % doit être réservée lors de la sélection. Parallèlement, il est nécessaire de veiller à ce que le niveau de liquide le plus élevé ne dépasse pas la hauteur de la zone morte de l'instrument, ce qui constitue une condition préalable essentielle à la mesure.
Caractéristiques du milieu: Il est nécessaire de déterminer si le liquide mesuré est corrosif, volatil ou s'il contient beaucoup de mousse ou de matières en suspension. Les capteurs de niveau à ultrasons effectuant des mesures sans contact, les milieux corrosifs ne nécessitent aucun traitement particulier, mais il convient de choisir des sondes fabriquées dans des matériaux résistants à la corrosion ; en revanche, une grande quantité de mousse absorbera et diffusera les ondes ultrasonores, entraînant un écho instable, voire l'impossibilité d'effectuer la mesure.
Conditions environnementales: La plage de température de fonctionnement des modèles conventionnels est de -20 ℃ à 60 ℃, et peut atteindre de -40 ℃ à 85 ℃ dans des conditions extrêmes ; la pression doit généralement être inférieure à 0,3 MPa. Une sélection ciblée est requise pour les environnements tels que les températures élevées, les hautes pressions, les fortes concentrations de poussière et les fortes interférences électromagnétiques.
Espace d'installation: La sonde doit être alignée verticalement avec le niveau du liquide, en évitant les obstacles tels que les parois de la cuve, les agitateurs et les tuyauteries, et la distance par rapport à la paroi de la cuve doit généralement être supérieure à 0,3 mètre.

3, Scénarios applicables et non applicables
Scénarios applicables: Les capteurs de niveau à ultrasons sont particulièrement adaptés à une utilisation à température ambiante, à pression atmosphérique, avec un niveau de liquide calme et sans fortes interférences. Les applications types incluent les bassins de traitement des eaux usées, les usines de traitement de l'eau, la surveillance hydraulique et hydrologique, les cuves de stockage d'acides et de bases, les réservoirs de l'industrie agroalimentaire, etc. Pour les milieux hautement corrosifs et à haute viscosité, leurs caractéristiques sans contact constituent un avantage naturel.
Scénarios non applicables: Les limites sont également évidentes. Premièrement, un environnement sous vide ne peut pas être utilisé – les ultrasons étant des ondes mécaniques nécessitant un milieu pour se propager. Deuxièmement, les températures et pressions élevées ne conviennent pas. En général, la limite supérieure de tolérance thermique est de 80 ℃, et la prudence s'impose lorsque la pression dépasse 0,4 MPa. Troisièmement, dans le cas de milieux fortement volatils (tels que l'acide sulfurique fumant et l'acide nitrique) et en présence d'une grande quantité de mousse et de poussière, l'onde sonore sera fortement atténuée ou absorbée, et l'erreur de mesure sera importante, voire rendra la mesure impossible. Quatrièmement, les grands réservoirs de stockage tels que les réservoirs à écran flottant interne présentent une portée importante, alors que les capteurs de niveau à ultrasons ont généralement une portée de 3 à 15 mètres, ce qui est difficile à gérer. Cinquièmement, de fréquentes variations de température peuvent également affecter la précision en raison des fluctuations de la vitesse du son.