Come calibrare un misuratore di livello a ultrasuoni|Guida passo passo-- passo dopo passo - Blog

Apri un registro di manutenzione su quasi tutti gli impianti e alla fine troverai una lettura del livello che non corrisponde a ciò che è effettivamente nel serbatoio. Nove volte su dieci, non è un sensore difettoso - è un sensore che non è mai stato calibrato correttamente o che è andato fuori tolleranza e nessuno lo ha rilevato in tempo.Indicatori di livello ad ultrasuonisono concettualmente semplici: inviare un impulso, cronometrare l'eco, calcolare la distanza. I problemi di precisione derivano da una manciata di piccoli dettagli che vengono saltati durante la configurazione e si aggravano silenziosamente nel corso di mesi di funzionamento.

Questa guida illustra la calibrazione nel modo in cui la spiegheremmo a un tecnico stando di fronte al serbatoio - cosa controllare prima di toccare il menu di configurazione, come impostare zero e intervallo correttamente e quali errori generano il maggior numero di chiamate di assistenza.

Perché la calibrazione è importante più di quanto la maggior parte delle persone pensi

Un indicatore di livello a ultrasuoni misura il livello indirettamente. Il trasduttore invia un impulso acustico verso la superficie liquida o solida e l'elettronica di bordo calcola la distanza dal tempo impiegato dall'eco per ritornare, in base alla velocità del suono nell'aria. La velocità del suono non è fissa - cambia con la temperatura, l'umidità e la composizione del gas all'interno del recipiente. Un sensore calibrato una volta al momento dell'installazione e mai più toccato si discosterà, a volte di pochi millimetri, a volte di diversi centimetri, a seconda di quanto si sono spostate le condizioni del processo rispetto alla configurazione originale.

Per le applicazioni non-critiche - un serbatoio di raccolta dell'acqua piovana, ad esempio - una piccola deriva ha poca importanza. Ma nel dosaggio di prodotti chimici, nel trasferimento fiscale o in qualsiasi processo in cui i dati sul livello confluiscono in circuiti di controllo automatizzati, tale deriva può tradursi in serbatoi troppo pieni, allarmi attivati o conteggi di inventario imprecisi. La calibrazione di routine è ciò che mantiene il numero sullo schermo corrispondente al numero nel serbatoio.

Ultrasonic Level Transmitter

Comprendere i due punti di riferimento: zero e span

Ogni calibrazione del livello a ultrasuoni si riduce alla corretta impostazione di due punti di riferimento.

Punto zero (distanza a vuoto)

Il punto zero è la distanza dalla parte anteriore del trasduttore al punto più basso di cui il sensore ha bisogno per misurare - tipicamente il fondo del serbatoio, o un riferimento di livello basso- definito se il serbatoio ha un pozzetto o un raccordo di uscita che crea una zona morta. Se sbagli, ogni lettura sopra sarà errata di un offset costante, anche se il timing dell'eco grezzo del sensore è perfetto.

Punto di intervallo (intera distanza)

L'intervallo, a volte chiamato fondo-scala o punto-di livello alto, definisce la distanza più breve che il sensore leggerà - solitamente vicino alla parte superiore dell'intervallo di misurazione. Insieme, zero e intervallo stabiliscono la finestra di lavoro utilizzata dal trasmettitore per convertire il tempo di eco in una percentuale o in un'unità di uscita-ingegneristica (4–20 mA, HART o digitale).

Se ottieni entrambi i punti correttamente, l'intero intervallo di misurazione tra di essi verrà ridimensionato correttamente. Se sbagli uno dei due, avrai un sensore che potrebbe leggere bene al 50% ma spostarsi notevolmente vicino al vuoto o al pieno.

Procedura di calibrazione passo-passo-passo

1. Confermare prima la geometria di installazione

Prima di toccare qualsiasi menu di calibrazione, verificare la configurazione fisica. Misurare la distanza effettiva dalla superficie del trasduttore al punto misurabile più basso dell'imbarcazione e annotare la distanza di blocco (la distanza minima-vicina che il trasduttore non può leggere a causa del suono del trasduttore). I produttori pubblicano questa cifra relativa alla banda morta nella scheda tecnica - ignorando che si tratta di una delle fonti più comuni di letture irregolari di basso livello-.

Controllare inoltre che l'angolo del fascio abbia un percorso libero verso la superficie. Ostruzioni come scale, alberi di agitazione o ugelli di ingresso all'interno del cono genereranno falsi echi su cui il sensore potrebbe agganciarsi anziché sulla superficie reale.

2. Scegliere Calibrazione a secco o Calibrazione a umido

Esistono due modi pratici per impostare i punti di riferimento e la scelta dipende dall'applicazione e da quanto sia critico il requisito di precisione.

Calibrazione a seccoutilizza distanze note anziché un livello del liquido effettivo. Si inserisce la distanza vuota (dal fondo del serbatoio al trasduttore) e la distanza completa (o intervallo) direttamente tramite la tastiera locale o il software di configurazione, in base al disegno meccanico dell'imbarcazione. Questo è il metodo più veloce e normalmente è sufficiente per i serbatoi-per uso generico in cui è accettabile un piccolo margine di errore.

Calibrazione ad umidocomporta il riempimento del serbatoio a due o più livelli noti - verificati in modo indipendente con un nastro adesivo, un vetro spia o un riferimento calibrato - e la regolazione dell'uscita del trasmettitore in modo che corrisponda. Questo metodo tiene conto del comportamento acustico reale all'interno dell'imbarcazione, compresi eventuali effetti minori del segnale derivanti dalla geometria del serbatoio, ed è l'approccio preferito per la misura fiscale, la rendicontazione normativa o qualsiasi processo in cui il costo di una lettura imprecisa è elevato.

3. Impostare il punto zero

Con il serbatoio vuoto (o al livello più basso definito), accedere al menu di configurazione del trasmettitore - tramite il display locale, un comunicatore HART portatile o il software di configurazione a seconda del modello. Immettere o confermare il valore della distanza vuota. Sulla maggior parte dei trasmettitori moderni, ciò può essere fatto tramite l'immissione numerica diretta o tramite una funzione di "zero automatico" che legge l'eco corrente e lo memorizza come riferimento.

4. Impostare il punto di intervallo

Ripeti il processo nella fascia alta dell'intervallo. Se si sta eseguendo una calibrazione a umido, portare il serbatoio al livello alto noto e verificare che l'uscita del trasmettitore corrisponda. Se asciutto, inserisci il valore della distanza su scala intera-dal disegno della nave.

5. Verifica rispetto a un riferimento indipendente

Questo passaggio viene saltato più spesso di quanto dovrebbe. Dopo aver impostato zero e intervallo, controllare la lettura del trasmettitore rispetto a un metodo indipendente - una lettura del nastro ad immersione, un vetro spia o un secondo strumento calibrato - a due o tre livelli intermedi, non solo ai punti finali. Un sensore che si allinea a vuoto e pieno può comunque mostrare un errore a forma di arco-al centro del campo se l'algoritmo di elaborazione dell'eco ha difficoltà con una superficie difficile (schiuma, turbolenza o un recipiente stretto con forti riflessioni sulle pareti).

6. Adeguamento alla compensazione ambientale

Se l'applicazione prevede sbalzi di temperatura significativi - un serbatoio esposto al sole diretto o un recipiente con contenuto riscaldato - verificare se il trasmettitore dispone di un ingresso di compensazione della temperatura o di un sensore-integrato. La velocità del suono nell'aria cambia di circa lo 0,17% per grado, un valore piccolo per grado ma che aumenta in applicazioni con ampi intervalli di temperature stagionali o di processo.

7. Documentare la calibrazione

Registrare la data, il metodo di riferimento utilizzato, le condizioni ambientali, il nome del tecnico e le letture prima/dopo. Non si tratta solo di documenti cartacei -, si tratta di un percorso di dati che consente al tecnico successivo di individuare le tendenze di deriva nel tempo invece di partire da zero ogni volta che qualcosa sembra storto.

Errori comuni di calibrazione che vale la pena evitare

Ignorando la zona morta.L'impostazione del punto zero all'interno della distanza di blocco minima stabilita dal produttore produce letture instabili o mancanti vicino al vuoto, che spesso vengono diagnosticate erroneamente come un sensore difettoso.

Calibrazione con una superficie disturbata.Schiuma, forte turbolenza o un agitatore in funzione durante la calibrazione possono causare il blocco del sensore su una falsa eco. Ove possibile, calibrare in condizioni di superficie stabili e silenziose.

Saltando il controllo di fascia media-.Come accennato in precedenza, la verifica solo dei due endpoint nasconde gli errori che vengono visualizzati altrove nell'intervallo.

Dimenticare la ri-calibrazione dopo una modifica del processo.Il passaggio a un prodotto diverso con una diversa densità di vapore o la modifica dei raccordi interni del serbatoio può modificare il comportamento acustico in misura sufficiente da giustificare una nuova calibrazione - e non solo un ripristino del firmware.

Senza tenere conto dell'angolo di montaggio.Un trasduttore che non è montato perpendicolarmente alla superficie del liquido riflette l'impulso lontano dal ricevitore anziché verso di esso, il che indebolisce la potenza del segnale e può sembrare un problema di calibrazione quando in realtà è meccanico.

Un esempio sul campo: quando la "ricalibrazione" non era il vero problema

Un'operazione di miscelazione chimica di medie-dimensioni una volta ha segnalato un problema ricorrente: il loro indicatore di livello a ultrasuoni su un serbatoio di miscelazione continuava a mostrare un livello superiore di circa l'8% rispetto a quello confermato manualmente dagli operatori al cambio turno. La prima mossa del team di manutenzione è stata ricalibrare - due volte. Entrambe le volte la lettura sembrava corretta subito dopo la calibrazione, per poi tornare indietro nel giro di pochi giorni.

La vera causa si è rivelata essere la schiuma. Il processo di miscelazione generava uno strato di schiuma persistente spesso pochi centimetri e il sensore si bloccava sulla parte superiore della schiuma anziché sulla vera superficie del liquido sottostante. Nessuna regolazione di zero/intervallo risolve questo problema, perché i punti zero e intervallo non erano mai sbagliati - lo era il target dell'eco. Cambiando le impostazioni di elaborazione dell'eco del sensore-in una modalità ottimizzata per le superfici-incline a schiuma e aggiungendo un breve ritardo di smorzamento per filtrare il falso eco-vicino, è stata risolta la deriva senza toccare affatto la calibrazione.

La lezione si generalizza bene: non tutte le discrepanze di livello sono un problema di calibrazione. Prima di regolare zero e intervallo, vale la pena escludere le condizioni della superficie, la geometria di montaggio e l'interferenza del segnale - altrimenti finirai per ricalibrare un sensore che ha letto correttamente il suo target effettivo per tutto il tempo.

Quanto spesso dovresti ricalibrare?

Non esiste un singolo intervallo adatto a ogni applicazione - dipende da quanto critica è la misurazione e da quanto stabili sono le condizioni del processo. Come linea guida generale:

Applicazioni di trasferimento della custodia o di reporting normativo-: verificare con riferimento a riferimenti tracciabili su base trimestrale.
Monitoraggio del processo standard in condizioni stabili: normalmente è sufficiente un controllo annuale.
Ambienti difficili o variabili(ampie escursioni termiche, atmosfere polverose o-pesanti di vapore): controlli a campione più frequenti valgono uno sforzo extra, poiché queste condizioni accelerano la deriva.

Le raccomandazioni del produttore dovrebbero sempre avere la priorità laddove sono più prudenti rispetto a quanto sopra, in particolare per i trasmettitori utilizzati nei sistemi strumentali di sicurezza-.

Cosa significa quando si sceglie un sensore

Vale la pena considerare lo sforzo di calibrazione prima dell'acquisto, non solo dopo l'installazione. Alcuni punti pratici da valutare:

Funzioni di span-zero automatico e un-pulsanteRiduci significativamente i tempi di configurazione nelle installazioni con più-serbatoi, soprattutto quando un appaltatore deve mettere in servizio decine di sensori in tempi ristretti.

Compensazione della temperatura integrata-è più importante di quanto sembri su una scheda tecnica se il sensore verrà posizionato all'aperto o vicino ad apparecchiature riscaldate - rimuove un'intera categoria di deriva senza alcun coinvolgimento del tecnico.

Profili di elaborazione eco-configurabili(schiuma, agitazione, superfici a basso dielettrico) possono risparmiare un intervento di assistenza lungo la linea, come mostra l'esempio sul campo sopra. È più semplice selezionare il profilo corretto durante la messa in servizio piuttosto che diagnosticare un problema di calibrazione "fantasma" mesi dopo.

Uscita HART o digitale con configurazione remotaconsente a un tecnico di verificare e regolare la calibrazione dalla sala di controllo, il che è importante per i serbatoi a cui è difficile accedere fisicamente. Se le condizioni del processo comportano forti vapori, schiuma o polvere che rendono la misurazione a ultrasuoni meno affidabile,a sensore di livello radarpotrebbe essere più adatto allo stesso flusso di lavoro di configurazione-remoto.

Niente di tutto ciò sostituisce una buona pratica di calibrazione, ma il trasmettitore giusto rende tale pratica più veloce e meno soggetta a errori- in primo luogo.

Considerazioni finali

La calibrazione del misuratore di livello a ultrasuoni non è complicata, ma premia la pazienza. I tecnici che ottengono letture costantemente accurate non utilizzano necessariamente apparecchiature più costose - sono quelli che controllano la geometria dell'installazione prima di incolpare il sensore, verificano rispetto a un riferimento indipendente invece di fidarsi solo dei due endpoint e tengono un registro di calibrazione che trasforma "sembra che vada bene" in una tendenza dei dati effettiva. Individua i punti zero e di intervallo corretti, tieni conto dell'ambiente in cui sta effettivamente lavorando il sensore e il resto del campo di misurazione tende a prendersi cura di se stesso.

Riferimenti

Instrument Society of America (ISA) - linee guida generali sulla strumentazione per la misurazione del livello e sulle pratiche di calibrazione.
Istituto americano del petrolio,Manuale degli standard di misurazione del petrolio, Capitolo 3 - Principi di Tank Gauging e misurazione del livello.
Dati di riferimento del National Institute of Standards and Technology (NIST) - sulla velocità del suono nell'aria e sulla sua dipendenza dalla temperatura.
Documentazione tecnica del produttore per le specifiche e le procedure di configurazione della - banda morta- dei trasmettitori di livello a ultrasuoni (distanza di blocco).

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