Priemyselné uši: Ako ultrazvuk „počuje“ zmeny v hladine kvapaliny

Priemyselné uši: Ako ultrazvuk „počuje“ zmeny v hladine kvapaliny

Hovorme o tom, čo sú ultrazvukové vlny. Frekvenčný rozsah zvukov, ktoré počujeme, je približne medzi 20 Hertz a 20, 000 hertz. Frekvencia ultrazvukových vĺn je však oveľa vyššia, zvyčajne sa pohybuje od 20 kilohertz do 100 megahertov. Preto naše uši nedokážu zistiť ultrazvukové vlny. V skutočnosti sú ultrazvukové vlny typom mechanickej vlny. Môžu sa šíriť v elastických médiách a vďaka svojej vysokofrekvenčnej a krátkej vlnovej dĺžke majú počas šírenia silnú smerovosť, významnú energiu a silnú preniknutú silu.

Vitajte v laboratóriu merania a riadenia solidátu. Som váš manažér merania a riadenia zariadení a vybavenia. Dnes si povedzme o aplikácii ultrazvukových vĺn pri meraní úrovne.

Pokiaľ ide o históriu ultrazvuku, dá sa vysledovať až do roku 1793. V tom čase taliansky vedec Spallanzani objavil experimenty, že netopiere používajú ultrazvukové vlny na snímanie svojho okolia, čím odhalili tajomstvo ultrazvuku. Neskôr, s vývojom technológie, sa ultrazvuk široko uplatňoval v oblastiach, ako je detekcia, meranie a medicína. V priemyselnej výrobe je obzvlášť dôležité meranie úrovne. Meranie úrovne sa týka merania výšky materiálov v nádobách alebo priestoroch, ako sú kvapaliny a zrnité tuhé látky. Prostredníctvom merania úrovne vieme, koľko materiálu je v nádobe, čím sa zabezpečí rovnováha materiálu vo výrobnom procese. Ak je možné úroveň presne kontrolovať, môže tiež zabezpečiť výkon a kvalitu výrobkov, ako aj zabezpečiť bezpečnú výrobu. Ako sa teda ultrazvuk používa pri meraní úrovne?

Jednoducho povedané, ultrazvukové vlny majú veľmi málo útlmu v tekutinách a tuhých látkach a majú mimoriadne silnú preniknutú schopnosť. Najmä v nepriehľadných pevných látkach na svetlo môžu preniknúť do vzdialenosti niekoľkých desiatok metrov. Navyše ultrazvukové vlny majú silný smer a môžu byť emitované smerom. Počas merania senzor vyžaruje ultrazvukové vlny. Keď sa vlny stretnú s povrchom materiálu, odrážajú sa späť. Keď senzor dostane odrazenú vlnu, môže určiť vzdialenosť výpočtom časového rozdielu, a tým získať výšku hladiny kvapaliny. Celý proces merania nevyžaduje priamy kontakt s nameraným médiom, takže je veľmi vhodný pre korozívne a erozívne prostredie a je široko používaný v odvetviach, ako je chemické inžinierstvo, ropa, jedlo, farmaceutiká a ochrana životného prostredia.

Ďalej sa pozrime na pracovný princíp ultrazvukovej úrovne. Všeobecne povedané, ultrazvukový rozmer úrovne pozostáva z prevodníka, jednotky na spracovanie signálu a displeja alebo výstupného modulu. Konkrétne kroky merania sú nasledujúce:

1. ** Ultrazvuková emisia **: Ultrazvukový merač úrovne emituje ultrazvukové impulzy pevnou rýchlosťou smerom k povrchu cieľového materiálu cez sondu, napríklad päťkrát každé dve sekundy.
2. ** Ultrazvukové šírenie **: Ultrazvukové vlny sa šíria určitou rýchlosťou vo vzduchu. Keď sa stretnú s povrchom materiálu, niektoré z nich sa odrážajú späť, aby vytvorili ozvenu. Intenzita a čas návratu ozvien súvisia s charakteristikami cieľového povrchu.
3. ** Referge Wave Reception **: Sonda prijíma signály ultrazvukových vĺn odrážajúcich sa z povrchu materiálu a prevádza ich na elektrické signály. Zároveň meria čas potrebný na cestovanie ultrazvukovému impulzu.
4. ** Výpočet úrovne **: meraním času šírenia ultrazvukového impulzu, vypočítajte časový rozdiel od emisií po príjem a potom pomocou vzorca vypočítať vzdialenosť od snímača k povrchu materiálu. Vzorec je: d=v × Δt ÷ 2, kde v je rýchlosť zvuku v médiu, ΔT je časový rozdiel od emisie ultrazvukovej vlny po príjem echo a D je vzdialenosť od snímača k povrchu materiálu. Okrem toho, pretože sú známe parametre geometrického tvaru a výšky kontajnera, výška úrovne sa dá vypočítať pomocou vzorca L=E - D, kde L je nameraná výška úrovne, E je vzdialenosť od inštalačnej základne snímača od spodnej časti kontajnera (čo je prázdna výška nádrže) a D je vzdialenosť od snímača k povrchu materiálu.

V praktických aplikáciách je však potrebné zaznamenať určité body. Po prvé, rýchlosť zvuku je ovplyvnená podmienkami stredného a prostredia, ako je teplota, tlak, vlhkosť atď. Napríklad vo vzduchu, vo vzduchu, na každé zvýšenie teploty 1 stupňa sa rýchlosť zvuku zvýši približne o 0. 6 metrov za sekundu. Preto sa v skutočných meraniach zvyčajne inštalujú teplotné senzory na kompenzáciu teploty, aby sa zabezpečila presnosť merania. Po druhé, ultrazvukové vlny nemusia byť schopné šíriť sa vo vákuu alebo za extrémnych tlakových podmienok, takže sa musí starostlivo zvážiť aj prísne.

Okrem toho je veľmi dôležitá aj poloha inštalácie a orientácia ultrazvukového senzora. Senzor by mal byť zarovnaný s povrchom nameraného materiálu a prekážkam by sa malo čo najviac vyhnúť, aby sa zabránilo interferencii s ozvenami. Ak je vo vnútri kontajnera miešanie alebo iné štruktúry, môžu sa generovať falošné ozveny. V tejto chvíli sa musí na identifikáciu správnych ozvien použiť technológia spracovania signálu. Okrem toho prach, para alebo pena vo vzduchu môžu tiež ovplyvniť šírenie a odraz ultrazvukových vĺn. V takýchto prípadoch možno prijať ďalšie opatrenia na riešenie rušenia.

Nakoniec je tu jeden menší detail, ktorý si vyžaduje pozornosť: ultrazvukový merač úrovne má určitú vzdialenosť v blízkosti sondy, ktorú nie je možné merať. Je to preto, že emitovaný ultrazvukový impulz má určitú šírku času a senzor bude mať stále zvyškové vibrácie po vydaní ultrazvukovej vlny. Počas tohto obdobia nie je možné zistiť odrazenú ozvenu. Táto vzdialenosť sa nazýva slepá zóna. Preto by najvyššia časť nameraného materiálu by vo všeobecnosti nemala vstupovať do slepej zóny senzora.