Industrijska ušesa: kako ultrazvok 'sliši' spremembe v ravni tekočine

Industrijska ušesa: kako ultrazvok "sliši" spremembe v ravni tekočine

Pogovorimo se o tem, kaj so ultrazvočni valovi. Frekvenčni razpon zvokov, ki jih slišimo, je približno med 20 hertz in 20, 000 hertz. Vendar je pogostost ultrazvočnih valov veliko večja, običajno sega od 20 kiloherhertov do 100 megahertov. Zato naša ušesa ne morejo zaznati ultrazvočnih valov. Pravzaprav so ultrazvočni valovi vrsta mehanskega vala. Razmnožujejo se v elastičnih medijih in imajo zaradi svoje visoke frekvence in kratke valovne dolžine med širjenjem močno usmerjenost, pomembno energijo in močno prodorno moč.

Dobrodošli v laboratoriju za merjenje in nadzor Solidtat. Jaz sem vaš instrument in upravljanje opreme in upravljanje nadzora. Danes se pogovorimo o uporabi ultrazvočnih valov pri merjenju ravni.

Ko gre za zgodovino ultrazvoka, ga je mogoče zaslediti do leta 1793. Takrat je italijanski znanstvenik Spallanzani skozi poskuse odkril, da netopirji uporabljajo ultrazvočne valove, da začutijo svojo okolico in tako razkrijejo skrivnost ultrazvoka. Kasneje se je z razvojem tehnologije ultrazvok široko uporabljal na področjih, kot so odkrivanje, merjenje in medicina. Pri industrijski proizvodnji je merjenje ravni še posebej pomembno. Merjenje ravni se nanaša na merjenje višine materialov v posodah ali prostorih, kot so tekočine in zrnate trdne snovi. Z merjenjem na ravni lahko vemo, koliko materiala je v posodi in s tem zagotovimo ravnovesje materiala v proizvodnem procesu. Če je raven mogoče natančno nadzorovati, lahko zagotovi tudi proizvodnjo in kakovost izdelkov ter zagotovi varno proizvodnjo. Torej, kako se ultrazvok uporablja pri merjenju ravni?

Preprosto povedano, ultrazvočni valovi imajo zelo malo slabljenja v tekočinah in trdnih snovi ter imajo izjemno močno sposobnost prodora. Zlasti v neprozornih trdnih snovi do svetlobe lahko prodrejo v razdaljo več deset metrov. Poleg tega imajo ultrazvočni valovi močno usmerjenost in jih lahko oddajajo usmerjeno. Med merjenjem senzor oddaja ultrazvočne valove. Ko valovi naletijo na površino materiala, se bodo odsevali nazaj. Ko senzor prejme odsevni val, lahko določi razdaljo z izračunom časovne razlike in s tem pridobi višino ravni tekočine. Celoten postopek merjenja ne potrebuje neposrednega stika z izmerjenim medijem, zato je zelo primeren za korozivno in erozivno okolje in se pogosto uporablja v panogah, kot so kemijsko inženirstvo, nafta, hrana, farmacevtska zdravila in varstvo okolja.

Nato si oglejmo delovno načelo merilnika ultrazvočne ravni. Na splošno velja, da je merilnik ultrazvočnega nivoja sestavljen iz pretvornika, enote za obdelavo signalov in zaslona ali izhodnega modula. Specifični merilni koraki so naslednji:

1. ** Ultrazvočna emisija **: Ultrazvočni merilnik ravni oddaja ultrazvočne impulze s fiksno hitrostjo proti ciljni površini materiala skozi sondo, na primer petkrat na vsaki dve sekundi.
2. ** Ultrazvočno širjenje **: Ultrazvočni valovi se z določeno hitrostjo v zraku širijo. Ko naletijo na površino materiala, se bodo nekatere od njih odražalo nazaj, da bi tvorili odmev. Intenzivnost in čas vračanja odmeva sta povezana z značilnostmi ciljne površine.
3. ** Reflection Wave Sprejem **: Sonda sprejema ultrazvočne valovne signale, ki se odražajo s površine materiala, in jih pretvori v električne signale. Hkrati meri čas, ki je potreben za potovanje ultrazvočnega impulza.
4. ** Ravni izračuna **: Z merjenjem časa širjenja ultrazvočnega impulza izračunajte časovno razliko od emisije do sprejema in nato s formulo izračunajte razdaljo od senzorja do površine materiala. Formula je: D=V × ΔT ÷ 2, kjer je V hitrost zvoka v mediju, ΔT je časovna razlika od emisije ultrazvočnega vala do sprejema odmeva, D pa je razdalja od senzorja do površine materiala. Poleg tega, ker so geometrijski parametri oblike in višine vsebnika znani, lahko višino ravni izračunamo po formuli l=e - d, kjer je L izmerjena višina nivoja, E je razdalja od baze za namestitev senzorja do dna vsebnika (kar je prazna višina rezervoarja) in D je razdalja po površini materiala.

Vendar je treba v praktičnih aplikacijah opaziti nekaj točk. Prvič, na hitrost zvoka vplivajo srednji in okoljski pogoji, kot so temperatura, tlak, vlaga itd. Na primer, v zraku, na vsakem zvišanju temperature se hitrost zvoka poveča za približno 0. 6 metrov na sekundo. Zato so pri dejanskih meritvah običajno nameščeni temperaturni senzorji za kompenzacijo temperature, da se zagotovi natančnost merjenja. Drugič, ultrazvočni valovi morda ne bodo mogli širiti v vakuumu ali pod ekstremnimi tlačnimi pogoji, zato je treba natančno razmisliti tudi o veljavnem okolju.

Poleg tega sta zelo pomembna tudi položaj namestitve in orientacija ultrazvočnega senzorja. Senzor je treba poravnati s površino izmerjenega materiala, oviram pa se je treba čim bolj izogniti, da se prepreči poseganje v odmeve. Če je znotraj posode mešalnik ali druge strukture, se lahko ustvarijo napačni odmevi. V tem času je treba za prepoznavanje pravilnih odmevov uporabiti tehnologijo obdelave signalov. Poleg tega lahko prah, para ali pena v zraku vplivajo tudi na širjenje in odsev ultrazvočnih valov. V takih primerih bo morda treba sprejeti druge ukrepe za reševanje motenj.

Nazadnje je treba pozornost ena manjša podrobnost: ultrazvočni merilnik ravni ima določeno razdaljo v bližini sonde, ki je ni mogoče izmeriti. To je zato, ker ima izpuščeni ultrazvočni impulz določeno časovno širino, senzor pa bo še vedno imel preostale vibracije po oddajanju ultrazvočnega vala. V tem obdobju ni mogoče zaznati odsevnega odmeva. Ta razdalja se imenuje slepa cona. Zato najvišji del izmerjenega materiala na splošno ne bi smel vstopiti v slepo območje senzorja.