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:
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.
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.
 |  |
