超音波レベルゲージを校正する方法|-バイ-ステップガイド - ブログ

ほぼすべてのプラントフロアでメンテナンスログを取得すると、最終的にタンク内の実際の内容と一致しないレベルの測定値が見つかるでしょう。十中八九、それは悪いセンサーではありません - それは、適切に調整されていないセンサー、または許容範囲を逸脱し、誰も時間内に検出できなかったセンサーです。超音波レベルゲージ概念的には単純です。パルスを送信し、エコーの時間を測定し、距離を計算します。精度の問題は、セットアップ中にスキップされるいくつかの小さな詳細から発生し、数か月の運用中に静かに悪化します。

このガイドでは、タンクの前に立っている技術者が校正について説明します。-、設定メニューに触れる前に確認すべきこと、ゼロとスパンを正しく設定する方法、最も多くのサービスコールを生成する間違いはどれですか。

ほとんどの人が考えている以上にキャリブレーションが重要である理由

超音波液面計は間接的にレベルを測定します。トランスデューサーは液体または固体の表面に向けて音響パルスを送信し、搭載された電子機器は空気中の音速に基づいてエコーが戻ってくるまでの時間から距離を計算します。その音速は固定されていません - 温度、湿度、容器内のガスの組成によって変化します。設置時に一度校正されたセンサーは、その後触らないと、プロセス条件が元の設定からどれだけ離れているかに応じて、場合によっては数ミリメートル、場合によっては数センチメートルずれます。

-重要ではない用途の場合、-雨水収集タンク、たとえば - の場合、小さな流れはほとんど問題になりません。しかし、化学物質の投与、保管品の移送、またはレベルデータが自動化された制御ループに入力されるプロセスでは、そのドリフトがタンクの過充填、アラームの作動、または不正確な在庫数につながる可能性があります。定期的な校正により、画面上の数値がタンク内の数値と一致するようになります。

Ultrasonic Level Transmitter

2 つの基準点: ゼロとスパンについて理解する

すべての超音波レベル校正は、2 つの基準点を正しく設定することに帰着します。

ゼロポイント（空の距離）

ゼロ点は、トランスデューサーの面からセンサーが測定する必要がある最低点までの距離です。-通常はタンクの底、またはタンクにデッドゾーンを作成するサンプまたは出口継手が付いている場合は、定義された低レベル基準-です。これを誤解すると、たとえセンサーの生のエコータイミングが完璧であったとしても、それを超えるすべての読み取り値が一定のオフセットによってずれることになります。

スパンポイント（全距離）

スパンはフルスケールまたはハイレベルポイントとも呼ばれ、-センサーが読み取る最短距離を定義します-。通常は測定範囲の上部付近です。ゼロとスパンを組み合わせて、送信機がエコー時間をパーセンテージまたは工学単位出力 (4 ～ 20 mA、HART、またはデジタル) に変換するために使用する作業ウィンドウを確立します。{4}}。

両方のポイントを正しく取得すると、それらの間の測定範囲全体が正しくスケールされます。どちらかが間違っていると、センサーは 50% で正常に読み取られるかもしれないが、空または満杯付近で著しく変動することになります。

-ステップごとの-校正手順

1. 最初に取り付け形状を確認します

校正メニューに触れる前に、物理的な設定を確認してください。トランスデューサーの面から容器内の測定可能な最低点までの実際の距離を測定し、遮断距離 (トランスデューサーのリンギングによりトランスデューサーが読み取ることができない最小近距離) を記録します。-メーカーは、この不感帯の数値をデータシートで公表しています-。これが低レベル読み取り値の最も一般的な原因の 1 つであることを無視しています。-

また、ビーム角度が表面まで明確な経路を確保していることも確認してください。はしご、撹拌シャフト、またはコーン内の入口ノズルなどの障害物があると、偽のエコーが生成され、センサーが実際の表面ではなくロックしてしまう可能性があります。

2. ドライ校正またはウェット校正を選択します

基準点を設定するには 2 つの実用的な方法があり、どちらを選択するかはアプリケーションと精度要件の重要度によって異なります。

ドライキャリブレーション実際の液面ではなく既知の距離を使用します。船舶の機械図面に基づいて、ローカルのキーパッドまたは設定ソフトウェアを使用して、空の距離 (タンク底部からトランスデューサーまで) と完全な距離 (またはスパン) を直接入力します。これはより高速な方法であり、通常、多少の誤差が許容される汎用タンクでは十分です。-

ウェット校正タンクを 2 つ以上の既知のレベル - まで満たし、ディップテープ、サイトグラス、または校正された基準 - で個別に検証され、それに合わせて送信機の出力を調整することが含まれます。この方法は、タンクの形状からの小さな信号の影響を含む、実際の船舶内の実際の音響挙動を考慮しており、保管輸送、規制報告、または不正確な読み取りのコストが高いプロセスに推奨されるアプローチです。

3. ゼロ点を設定する

タンクが空の状態（または定義された最低レベル）で、モデルに応じて、ローカルディスプレイ、ハンドヘルド HART コミュニケータ、または設定ソフトウェアのいずれかを介して、トランスミッタの設定メニュー - にアクセスします。空の距離の値を入力または確認します。最新の送信機では、これは直接数値入力するか、現在のエコーを読み取り基準として保存する「オートゼロ」機能によって実行できます。

4. スパンポイントを設定する

範囲の上限でこのプロセスを繰り返します。湿式校正を行っている場合は、タンクを既知の高レベルにして、送信機の出力が一致していることを確認します。乾燥している場合は、船舶の図面からのフルスケールの距離値を入力します。-

5. 独立したリファレンスと照合して検証する

このステップは必要以上にスキップされることが多くなります。ゼロとスパンを設定した後、エンドポイントだけでなく、2 つまたは 3 つの中間レベルで、独立した方法 - ディップテープ読み取り値、サイトグラス、または 2 番目の校正済み機器 - に対して送信機の読み取り値をチェックします。エコー処理アルゴリズムが困難な表面（泡、乱流、または壁の反射が強い狭い容器）で苦労している場合、空の状態と満杯の状態で並んだセンサーでも、範囲の中央で弓形のエラーが表示される可能性があります。{4}}

6. 環境補償の調整

用途に大きな温度変動が伴う場合-直射日光にさらされるタンク、または内容物が加熱された容器-送信機に温度補償入力または内蔵センサーがあるかどうかを確認してください。-空気中の音速は 1 度あたり約 0.17% 変化します。これは 1 度あたり小さいですが、季節またはプロセス温度範囲が広いアプリケーションでは加算されます。

7. 校正を文書化する

日付、使用した参照方法、周囲条件、技術者名、前後の測定値を記録します。これは単なる事務処理ではありません -。次の技術者が何か問題が発生するたびにゼロから始めるのではなく、時間の経過とともに変化する傾向を見つけることができるデータ証跡です。

避けるべきよくある校正ミス

デッドゾーンを無視します。メーカーの最小遮断距離内にゼロ点を設定すると、空に近い状態で不安定または欠落した読み取り値が生成され、センサーの故障と誤診されることがよくあります。

乱れた表面での校正。泡、激しい乱流、またはキャリブレーション中の撹拌機の動作により、センサーが誤ったエコーをロックしてしまう可能性があります。可能であれば、安定した静かな表面状態で校正してください。

中距離チェックをスキップします。-前述したように、2 つのエンドポイントのみを検証すると、範囲内の他の場所で発生するエラーが非表示になります。

プロセス変更後の再調整を忘れる。-蒸気密度の異なる別の製品に切り替えたり、タンクの内部付属品を変更したりすると、ファームウェアのリセットだけでなく、新たなキャリブレーション - が必要になるほど音響動作が変化する可能性があります。

取り付け角度は考慮していません。液体表面に対して垂直に取り付けられていないトランスデューサーは、パルスを受信機に戻すのではなく、受信機から遠ざけるように反射します。これにより、信号強度が弱まり、実際には機械的なものである場合に、キャリブレーションの問題のように見える可能性があります。

現場の例: 「再調整」が本当の問題ではなかった場合

-中規模の化学物質の混合作業では、かつて再発する問題が指摘されました。混合タンクの超音波レベル計は、シフト変更時にオペレーターが手動で確認したレベルよりも約 8% 高いレベルを示し続けていました。メンテナンスチームの最初の行動は、- を 2 回再調整することでした。どちらの場合も、校正直後は測定値が正しく見えましたが、数日以内に数値が戻ってきました。

本当の原因は泡だったことが判明。混合プロセスにより、厚さ数センチメートルの持続性泡層が生成され、センサーはその下の真の液体表面ではなく、泡の上部に固定されていました。ゼロ点とスパン点は決して間違っていなかったため、ゼロ/スパンを調整してもこの問題は修正されませんでした-。エコーターゲットは間違っていました。センサーのエコー-処理設定を泡の発生しやすい表面に合わせて調整されたモードに切り替え、-誤った近傍エコーを除去するために短い減衰遅延を追加することで、キャリブレーションにまったく影響を与えることなくドリフトを解決しました。{6}}

このレッスンはよく一般化されています。すべてのレベルの不一致がキャリブレーションの問題であるわけではありません。ゼロとスパンを調整する前に、表面の状態、取り付け形状、信号干渉を除外する価値があります-。そうしないと、実際のターゲットを常に正しく読み取っていたセンサーを再調整することになります。

どのくらいの頻度で再調整する必要がありますか?

すべてのアプリケーションに適合する単一の間隔はありません。-それは、測定の重要性とプロセス条件の安定度によって異なります。一般的なガイドラインとしては次のとおりです。

保管譲渡または規制報告の申請-: 四半期ごとに追跡可能な参照と照合して検証します。
安定した状態での標準的なプロセス監視: 通常は年に一度のチェックで十分です。
過酷な環境または変化する環境（温度の変動が大きい、粉塵や蒸気が多い大気）: これらの状況ではドリフトが促進されるため、より頻繁にスポットチェックを行うことには、特別な努力の価値があります。

上記よりも保守的な場合、特に安全計装システムで使用される送信機の場合は、メーカーの推奨事項を常に優先する必要があります。{0}}

センサーを選択する場合の意味

調整作業は、設置後だけでなく、購入前に考慮する価値があります。実際に検討すべき点がいくつかあります。

自動-0 ボタンと 1 つの-ボタンスパン機能複数のタンクを設置する場合、特に請負業者がタイトなスケジュールで数十のセンサーを試運転する必要がある場合に、セットアップ時間を大幅に短縮します。{0}

温度補償機能を内蔵-センサーが屋外または加熱された機器の近くに設置される場合、データシートに表示されるよりも重要です。- 技術者の介入なしに、ドリフトの 1 つのカテゴリ全体が除去されます。

構成可能なエコー{0}処理プロファイル上記の現場例が示すように、（泡、撹拌、低誘電性表面）により、将来的にはサービス訪問を節約できます。数か月後に「ゴースト」キャリブレーションの問題を診断するよりも、試運転中に適切なプロファイルを選択する方が簡単です。

リモート構成による HART またはデジタル出力技術者が制御室から校正を確認および調整できます。これは、物理的にアクセスが難しいタンクにとって重要です。プロセス条件に、超音波測定の信頼性が低下する重い蒸気、泡、または粉塵が含まれる場合、a レーダーレベルセンサー同じリモート構成ワークフローにより適している可能性があります。{0}

これらはいずれも適切なキャリブレーションの実践に代わるものではありませんが、適切な送信機を使用することで、そもそもその実践が迅速化され、エラーが発生しにくくなります。{0}}

最終的な考え

超音波レベルゲージの校正は複雑ではありませんが、忍耐が必要です。一貫して正確な読み取り値を取得できる技術者は、必ずしも高価な機器を使用しているわけではありません - 彼らは、センサーのせいにする前に設置形状をチェックし、2 つのエンドポイントのみを信頼するのではなく独立した基準と照合して検証し、「問題ないようです」を実際のデータ傾向に変える校正ログを保存します。ゼロ点とスパン点を正しく取得し、センサーが実際に動作している環境を考慮すると、残りの測定範囲は自動的に処理されます。