كيفية اختيار سخان PTFE لخزان مزود بمستشعر مستوى بالموجات فوق الصوتية؟

يوجد في خزان العملية مستشعر مستوى متطور بالموجات فوق الصوتية. ويستخدم صدى نقيًا غير مشوه لقياس ارتفاع السائل. يمكن أن يعمل السخان الغاطس العمودي الضخم PTFE في المسار المباشر للموجة الصوتية كعاكس كاذب قوي، مما يؤدي إلى سوء فهم المستشعر للمستوى وربما يؤدي إلى نشوب حريق جاف مميت- أو فيضان. يجب تحسين الوضع المادي للسخان وتوجيهه ليس فقط من أجل الأداء الحراري ولكن أيضًا ليكون غير قابل للاكتشاف صوتيًا بواسطة المستشعر.

فهم آلية التدخل
ترسل مستشعرات المستوى فوق الصوتي نبضات صوتية عالية التردد (عادةً 20 - 200 كيلو هرتز) في مخروط محكم. ينتشر الصوت على المنحدرات، وينعكس من السطح السائل ويعود إلى المستشعر. تتم ترجمة الوقت-من-قياس الرحلة إلى قراءة المسافة. أي جسم صلب في هذا المخروط، مثل أغلفة السخان أو الأقواس أو صناديق التوصيل، ينتج صدى خاصًا به. ولكن إذا كانت الإشارة الصادرة عن الصدى الكاذب قوية بما فيه الكفاية، فقد يلتصق المستشعر بها بدلاً من السطح السائل الحقيقي.

يقدم السخان الغاطس PTFE العمودي الموجود في مركز الخزان أو بالقرب منه سطحًا مسطحًا وعريضًا متعامدًا مع اتجاه الموجة الصوتية. تؤدي هذه الهندسة إلى انعكاس مرآوي ساطع. قد يفسر المستشعر ذلك على أنه مستوى سائل في عمق غمر المدفأة مما يؤدي إلى نقص الامتلاء (إذا كان الصدى الكاذب أعلى من المستوى الحقيقي) أو الإفراط في الامتلاء (إذا كان الجزء العلوي من المدفأة يُنظر إليه على أنه حالة قريبة من الامتلاء). في الظروف الأكثر شدة، قد لا يتعرف المستشعر حتى على وجود السائل، مما يسمح للخزان بأن يصبح جافًا بينما يظل المدفأة نشطة، وهي حالة تؤدي إلى إتلاف غلاف PTFE بسرعة.

مبدأ الاختيار الرئيسي: الاختفاء الصوتي
الهدف من اختيار خزان مستشعر مستوى سخان PTFE بالموجات فوق الصوتية هو جعل السخان غير قابل للاكتشاف صوتيًا. يتم تحقيق ذلك عن طريق وضع العنصر الساخن تمامًا خارج شعاع الموجات فوق الصوتية للمستشعر، وعن طريق التخلص من أي أسطح مسطحة كبيرة يمكن أن تكون بمثابة مرايا. لا تكمن المشكلة في مادة PTFE في حد ذاتها - تتمتع مادة PTFE بمقاومة صوتية مشابهة للماء وفي الواقع تخفف الصوت بدرجة أقل من العديد من المعادن. المسألة هي مسألة الهندسة والموقع.

الترتيب المفضل للسخانات
سخان عمودي، مثبت على الجانب
يتم وضع سخان عمودي PTFE على الجدار الجانبي للخزان بالقرب من الجدار قدر الإمكان، مما يبقي السخان خارج مسار الشعاع المركزي. يتم تركيب مستشعر الموجات فوق الصوتية بشكل عام في منتصف الجزء العلوي من الخزان. يوجد السخان المثبت على الجانب - في المحيط، حيث تكون قوة الموجة الصوتية في أدنى مستوياتها. يتم تكييف هذا الترتيب مع الخزانات الضيقة (القطر < 1 متر) أو لزاوية شعاع الاستشعار الضيقة (على سبيل المثال . 5–10 درجة). بالنسبة للخزانات الكبيرة أو أجهزة الاستشعار ذات الشعاع العريض-(15-30 درجة)، ومع ذلك، قد تكون الجدران الجانبية مضاءة أيضًا.

الحل المفضل: سخان على شكل L أو مائل
في معظم التركيبات، يكون الخيار الأكثر موثوقية هو السخان الغاطس PTFE على شكل حرف L أو ذو زاوية. يتم وضع هذا النوع من السخان من خلال فوهة جانبية، ثم يتحول بعد ذلك إلى الأسفل أو قطريًا داخل الخزان. يقع جزء التسخين بالتوازي مع الجدار الجانبي ويكون قريبًا جدًا من الجدار الجانبي، وعادةً ما يكون على بعد حوالي 50-100 مم من الجدار. تنتشر الموجات الصوتية ببطء من المركز، لذلك لا يرى المستشعر هذا المدفأة أبدًا، حيث يوجه شعاعه إلى الأسفل نحو المركز.

يتمتع السخان على شكل حرف L بفائدتين إضافيتين:

يمكن أن يكون طول التسخين طويلاً (معظم عمق السائل) ولا يزال خارج الشعاع.

توجد شفة التثبيت على الجدار الجانبي بعيدًا عن المركز العلوي لتركيب المستشعر لتسهيل الوصول إليها.

يجب أن يكون للسخان وجود غير مرئي وصامت في الخزان، بعيدًا عن طريق الموجات الصوتية التي هي عيون التحكم في المستوى.

سخان جانبي أو أفقي
الدبابات الضحلة (< 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.

ما لا يجب فعله: سخان عمودي في المركز
أسوأ موقع يمكن تصوره لخزان به مستشعر مستوى بالموجات فوق الصوتية هو المركز، حيث يتم وضع سخان PTFE في وضع عمودي. المدفأة عبارة عن هدف أسطواني كبير يقع مباشرة في مسار الشعاع. حتى مع احتواء برنامج المستشعر على تقنيات تقليل الصدى، فمن الشائع أن يتم التعرف بشكل خاطئ على الصدى الكاذب القوي والمستمر الصادر عن المدفأة المركزية. لقد تسبب هذا الخطأ في التصميم في العديد من حالات الفشل الميداني للتحكم في مستوى الموجات فوق الصوتية في الخزانات الساخنة.

قضايا التكامل الفني
تكوين أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية
يجب تحديد معلمات المستشعر التالية قبل اختيار السخانات:

زاوية الشعاع (عادة 5-30 درجة). يحدد هذا مخروط الصوت. يمكن تقدير قطر الشعاع على مسافة معينة من المستشعر على النحو التالي: قطر الشعاع=2*distance*tan(beam angle/2)

النطاق الميت: المنطقة الموجودة أمام المستشعر مباشرةً (عادةً 0.1-0.5 م) والتي لا يمكن قياسها. لا يجوز أن يبرز أي جزء من المدفأة (بما في ذلك الأقواس أو صناديق التوصيل) في هذه المنطقة.

النطاق الميت: المساحة التي تسبق بدء تشغيل المستشعر. الحد الأدنى لمسافة الاستشعار

التحقق من موقف سخان
بعد اختيار نوع السخان وموقع التركيب، يجب إجراء اختبار رسم خرائط سريع قبل التثبيت الفعلي. إجراء الاختبار:

قم بتثبيت جهاز استشعار الموجات فوق الصوتية في المكان المخصص له.

ضع سخان PTFE (أو نموذج-نموذجي بنفس الشكل والحجم) في المكان المخطط له في الخزان.

املأ الخزان بالماء حتى ارتفاع معروف.

حرك المدفأة بكمية صغيرة ولاحظ إخراج المستشعر. أي قفزة مفاجئة في المستوى المذكور هي صدى كاذب من المدفأة.

قم بتغيير موضع المدفأة أو اتجاهها حتى لا يكون هناك صدى- كاذب في نطاق مستوى العمل الكامل.

هذا الاختبار مناسب بشكل خاص للخزانات ذات الهياكل الداخلية المعقدة (الحواجز، والخلاطات، والملفات) التي يمكن أن تحدث انعكاسات إضافية.

تصاعد قوس ووضع صندوق التوصيل
يتم تزويد العديد من السخانات المثبتة على الحائط أو الخزان العلوي بأقواس تثبيت معدنية وصناديق توصيل كهربائية. يجب أيضًا إبعادها عن شعاع الموجات فوق الصوتية. حتى لو تم إخفاء غلاف PTFE نفسه بشكل صحيح، فإن الدعامة المعدنية القريبة من المستشعر يمكن أن تسبب صدى كبيرًا. يجب أن يكون صندوق التوصيل موجودًا إما أسفل مسار شعاع المستشعر أو على جانب خزان المستشعر. إذا كان للخزان سطح مسطح، ضع المستشعر في مكان لا توجد فيه تركيبات علوية أخرى مخترقة (على سبيل المثال فلنجات السخان أو الآبار الحرارية أو أنابيب الغمس) داخل مخروط الشعاع.

قائمة التحقق من الاختيار العملي
لاختيار سخان PTFE لخزان مزود بمستشعر مستوى بالموجات فوق الصوتية، سيتم استخدام قائمة المراجعة التالية:

احصل على بيانات المستشعر: زاوية الشعاع، ومسافة النطاق الميت، وموقع التركيب.

تحديد بصمة الشعاع عند العمق المعتاد للسائل.

لا يوجد سخان أو قوس داخل مخروط الشعاع. لا تقم بتثبيت مركزيا.

اختر السخانات الجانبية -المثبتة على شكل حرف L- أو السخانات ذات الزوايا، والتي تحافظ على الجزء المسخن بالقرب من جدار الخزان.

تركيب أفقي للخزانات الضحلة (تأكد من عدم وجود السخان أسفل المستشعر مباشرة)

اختبار رسم الخرائط بالماء قبل الخدمة الكيميائية.

أدخل الموضع النهائي على رسم التثبيت.

يجب أن يدرك مشغلو القطارات أن التغيير السريع في قراءة المستوى قد يكون بسبب حركة المدفأة (على سبيل المثال بسبب الاهتزاز) في مسار الحزمة.

الخلاصة: التدفئة غير مرئية سمعيا
يعد اختيار سخان PTFE المناسب للخزان المزود بمستشعر مستوى بالموجات فوق الصوتية درسًا في تحديد المواقع الصوتية. فهو يحافظ على ردود فعل واضحة ودقيقة للمستوى الحيوي (صدى المستشعر) خالية من الانعكاسات الزائفة من عنصر التسخين. تصميم التدفئة الأمثل هو الذي لا يعمي أجهزة الاستشعار الأخرى في الخزان. يمكن تحقيق إدارة موثوقة وآمنة لمستوى الخزان عن طريق اختيار سخان جانبي -على شكل حرف L-والتحقق من موقعه عن طريق اختبار التخطيط، والتأكد من أن جميع الأقواس وصناديق التوصيل خارج شعاع الموجات فوق الصوتية. أدى عنصر التكامل الصغير هذا إلى عدد لا يحصى من -حالات فشل الحريق ومشكلات التجاوز. بضع دقائق من التخطيط الصوتي أثناء التصميم يمكن أن توفر أشهرًا من تصحيح الأخطاء.