Ультразвуковой преобразователь Endress+Hauser FMU860 для промышленных измерительных систем

Endress+Hauser Prosonic FMU860 — микропроцессорный преобразователь для непрерывного бесконтактного измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов. Он работает с одной ультразвуковой измерительной серии FDU 8x и преобразует сигнал датчика в аналоговый выход для передачи в систему управления. Прибор также поддерживает линейное преобразование измеренного уровня, управление релейными выходами и обработку сигнала для устойчивой индикации. Модель снята с производства; производитель указывает Prosonic FMU90 как последующее поколение.

Технические характеристики

FMU860 применяют там, где нужно контролировать заполнение емкости или бункера без контакта датчика с продуктом. Для измерительной системы важен тип подключенной FDU-зонды: именно он определяет доступный диапазон и минимальное расстояние до поверхности. К основным параметрам прибора относятся:

• один ультразвуковой канал для зонда FDU 8x,
• максимальная дальность системы до 5 м при измерении жидкостей и до 70 м при измерении твердых материалов,
• погрешность измерения 0,2 % от максимального диапазона при гладкой поверхности продукта,
• аналоговый выход 0/4–20 мА с возможностью инверсии сигнала,
• время интегрирования от 0 до 300 с для сглаживания колебаний измеренного значения,
• три или пять независимых реле в зависимости от исполнения; для вариантов с RS 485 или PROFIBUS-DP предусмотрены три,
• максимальная коммутационная нагрузка реле — 4 А при 250 В переменного тока,
• варианты питания: 180–253, 90–132, 38–55 или 19–28 В переменного тока, а также 20–30 В постоянного тока.

Эти значения относятся к семейству FMU860/861/862; конкретное исполнение FMU860 определяется полным кодом заказа и маркировкой на корпусе. Например, набор реле, питание и интерфейс связи зависят от выбранной комплектации.

Конструкция и принцип измерения

Система состоит из электронного преобразователя FMU860 и вынесенной ультразвуковой зонда. Преобразователь обрабатывает сигнал, показывает измеряемое значение и формирует выходы для внешнего оборудования. Зонда устанавливается над поверхностью продукта и выполняет функции излучателя и приемника акустических импульсов. Измерение происходит в следующей последовательности:

• зонда посылает ультразвуковой импульс через воздушное пространство к поверхности продукта,
• поверхность отражает часть энергии обратно,
• зонда принимает эхо и передает электрический сигнал в FMU860,
• электроника определяет время между отправкой импульса и приемом отражения,
• по времени прохождения сигнала рассчитывается расстояние до поверхности, после чего оно пересчитывается в уровень по заданным точкам калибровки.

Расстояние определяется по формуле D = c × t / 2, где c — скорость звука, а t — время прохождения импульса туда и обратно. Температурная компенсация учитывает изменения скорости звука по данным зонда. Метод не требует контакта с измеряемой средой, поэтому свойства продукта, такие как вязкость или электропроводность, непосредственно не влияют на принцип измерения.

Функции и рабочие режимы

FMU860 предназначен прежде всего для измерения уровня по одному каналу. Полученное значение можно передавать в систему автоматизации и использовать для сигнализации предельных состояний. В зависимости от исполнения реле назначаются на пороговую функцию, аварийную сигнализацию или контроль тенденции изменения уровня. Для обработки показаний предусмотрены такие возможности:

• настройка начальной и конечной точек шкалы для аналогового выхода,
• выбор сигнала 0–20 или 4–20 мА,
• интегрирование сигнала для уменьшения влияния волнения и кратковременных колебаний,
• линеаризация зависимости между уровнем и объемом для емкостей нестандартной формы,
• задание состояния выходного сигнала при неисправности: пониженное значение, повышенное значение или удержание последнего измерения,
• установка порогов срабатывания реле.

Диапазон 4–20 мА удобен для передачи измерения в контроллер или регистратор, а назначение релейных выходов позволяет включать местную сигнализацию или управлять исполнительной цепью. Коммутационную способность контактов следует учитывать при подключении нагрузки; если она превышает допустимые значения, применяют промежуточные коммутационные устройства.

Монтаж и эксплуатационные особенности

Преобразователь выпускался в нескольких вариантах размещения электроники: в полевом корпусе IP66, в отдельном корпусе IP40 либо на монтажной плате IP10 для установки в шкаф. Полевое исполнение допускает монтаж на стене или мачте; электронный блок также можно разместить отдельно от панели индикации. Выбор варианта зависит от места установки и условий доступа к органам управления. На качество измерения влияет положение зонда. Ее следует направлять на поверхность так, чтобы в акустическом пути не находились внутренние элементы емкости, поток загружаемого материала или другие препятствия. Между мембраной датчика и максимальным уровнем продукта должна сохраняться дистанция блокировки: в этой зоне прибор не может надежно использовать отраженный сигнал. Ее значение зависит от типа FDU-зонда; например, для FDU80 указано 0,3 м. Прибор и зонд необходимо подключать согласно исполнению и схеме конкретной установки. Для вариантов со связью HART предусмотрен цифровой обмен поверх токового сигнала, а отдельные исполнения поддерживают RS 485 или PROFIBUS-DP. Стандартные и CSA General Purpose версии преобразователя устанавливают вне взрывоопасных зон; исполнение ATEX II 3 D допускает применение в зоне 22 при соблюдении условий сертификата.

Применение в промышленности

FMU860 используют в системах контроля запасов и автоматизации процессов, где требуется непрерывное измерение уровня без погружения чувствительного элемента в среду. Прибор применим для контроля жидкостей в резервуарах и технологических емкостях, а также сыпучих продуктов в силосах и бункерах. Полученный сигнал может служить для отображения уровня, формирования предупредительных порогов и передачи данных в систему управления. Для корректной работы необходимо учитывать свойства отражающей поверхности и геометрию установки. Пена, сильная турбулентность, препятствия на пути ультразвука и монтаж датчика в зоне подачи продукта способны ухудшить качество эха. Предельная дальность зависит от типа зонда, состояния среды между датчиком и поверхностью и отражательных характеристик продукта; поэтому параметры системы нельзя определять только по модели преобразователя.

Таким образом, Endress+Hauser Prosonic FMU860 — одноканальный ультразвуковой преобразователь, который объединяет бесконтактное измерение уровня, аналоговую передачу сигнала и релейную сигнализацию. Его настройки позволяют адаптировать шкалу к геометрии емкости и сглаживать колебания показаний. При эксплуатации существенны соответствие исполнения условиям установки, выбор совместимого зонда и соблюдение дистанции блокировки. Компания «Олниса» поставляет промышленное оборудование предприятиям России и стран СНГ. В ассортименте компании представлены приборы и компоненты для автоматизации производственных процессов. «Олниса» выступает поставщиком промышленного оборудования для различных отраслей.