Промислові вуха: як ультразвук "чує" зміни на рівні рідини
May 12, 2025| Промислові вуха: Як УЗД "чує" зміни на рівні рідини
Давайте поговоримо про те, що таке ультразвукові хвилі. Діапазон частотних звуків, які ми можемо почути, становить приблизно 20 герц і 20, 000 Герц. Однак частота ультразвукових хвиль значно вища, як правило, від 20 кілогерца до 100 мегагерца. Тому наші вуха не можуть виявити ультразвукові хвилі. Насправді ультразвукові хвилі - це тип механічної хвилі. Вони можуть поширюватися в еластичних середовищах і, завдяки своїй високій частоті та короткій довжині хвилі, вони мають сильну спрямованість, значну енергію та сильну проникаючу потужність під час поширення.
Ласкаво просимо до лабораторії вимірювання та контролю. Я ваш інструмент та менеджер з вимірювання обладнання. Сьогодні поговоримо про застосування ультразвукових хвиль у вимірюванні рівня.
Що стосується історії УЗД, то його можна простежити ще до 1793 року. У той час італійський вчений, Спалланзані, виявлений через експерименти, що кажани використовують ультразвукові хвилі, щоб відчути своє оточення, таким чином розкриваючи таємницю ультразвуку. Пізніше, при розробці технологій, ультразвукове дослідження широко застосовувалося в таких сферах, як виявлення, вимірювання та медицина. У промисловому виробництві вимірювання рівня є особливо важливим. Вимірювання рівня відноситься до вимірювання висоти матеріалів у контейнерах або просторах, таких як рідина та зернисті тверді речовини. За допомогою вимірювання рівня ми можемо знати, скільки матеріалу в контейнері, тим самим забезпечуючи баланс матеріалу у виробничому процесі. Якщо рівень можна точно контролювати, він також може забезпечити продукцію та якість продукції, а також забезпечити безпечне виробництво. Отже, як ультразвукове дослідження використовується в вимірюванні рівня?
Простіше кажучи, ультразвукові хвилі мають дуже мало ослаблення рідин і твердих речовин і мають надзвичайно сильну проникаючу здатність. Особливо в непрозорих твердих речовинах до світла вони можуть проникати на відстань декількох десятків метрів. Більше того, ультразвукові хвилі мають сильну спрямованість і їх можна випромінювати спрямовано. Під час вимірювання датчик випромінює ультразвукові хвилі. Коли хвилі стикаються з поверхнею матеріалу, вони відображатимуться назад. Після того, як датчик отримує відбиту хвилю, він може визначити відстань шляхом обчислення різниці в часі і тим самим отримати висоту рівня рідини. Весь процес вимірювання не потребує прямого контакту з вимірюваним середовищем, тому він дуже підходить для корозійного та ерозивного середовища і широко використовується в таких галузях, як хімічна інженерія, нафта, продукти харчування, фармацевтичні препарати та захист навколишнього середовища.
Далі, давайте подивимось на принцип робочого принципу ультразвукового рівня. Взагалі кажучи, ультразвуковий макіяж складається з перетворювача, блоку обробки сигналів та модуля дисплея або виходу. Конкретні етапи вимірювання такі:
1. ** Ультразвукове випромінювання **: Ультразвуковий лічильник рівня випромінює ультразвукові імпульси з фіксованою швидкістю до поверхні цільового матеріалу через зонд, наприклад, п’ять разів кожні дві секунди.
2. ** Ультразвукове поширення **: Ультразвукові хвилі поширюються з певною швидкістю повітря. Коли вони стикаються з поверхнею матеріалу, деякі з них будуть відбиті назад, щоб утворити відгомін. Інтенсивність та час повернення ехо пов'язані з характеристиками цільової поверхні.
3. ** Прийом хвилі відбиття **: зонд отримує ультразвукові хвильові сигнали, відбиті від поверхні матеріалу, і перетворює їх в електричні сигнали. У той же час він вимірює час, який потрібно для подорожей ультразвукового імпульсу.
4. ** Обчислення рівня **: Вимірюючи час поширення ультразвукового імпульсу, обчисліть різницю часу від випромінювання до прийому, а потім використовуйте формулу для обчислення відстані від датчика до поверхні матеріалу. Формула: d=v × Δt ÷ 2, де V - швидкість звуку в середовищі, Δt - це різниця у часі від випромінювання ультразвукової хвилі до прийому відлуння, а D - відстань від датчика до поверхні матеріалу. Крім того, оскільки відомі геометричні параметри форми та висоти контейнера, висота рівня можна обчислити за допомогою формули L=e - D, де L - вимірювана висота рівня, E - відстань від основи встановлення датчика до дна контейнера (яка є порожньою висотою резервуара або загальною висотою резервуара), а D - відстань від сенсору до матеріальної поверхні.
Однак у практичних додатках слід зазначити деякі моменти. По -перше, на швидкість звуку впливає середні та навколишнє середовище, такі як температура, тиск, вологість тощо, наприклад, на повітрі, на кожне збільшення температури на 1 градусі швидкість звуку збільшиться приблизно на 0. 6 метрів на секунду. Тому при фактичних вимірюваннях датчики температури зазвичай встановлюються для компенсації температури для забезпечення точності вимірювання. По -друге, ультразвукові хвилі, можливо, не зможуть пропагувати у вакуумі або в умовах екстремального тиску, тому застосовне середовище також потрібно ретельно розглянути.
Крім того, також дуже важливі положення встановлення та орієнтація ультразвукового датчика. Датчик повинен бути узгоджений з поверхнею вимірюваного матеріалу, а перешкоди слід уникати якомога більше, щоб запобігти втручанню з відгомоном. Якщо всередині контейнера є мішалія або інші споруди, можуть бути створені помилкові відгомони. У цей час для ідентифікації правильних відгомонів потрібно використовувати технологію обробки сигналів. Більше того, пил, пара або піна у повітрі також можуть впливати на поширення та відображення ультразвукових хвиль. У таких випадках, можливо, потрібно буде вжити інших заходів для боротьби з втручанням.
Нарешті, є одна незначна деталь, яка потребує уваги: ультразвуковий лічильник рівня має певну відстань біля зонда, який неможливо виміряти. Це пояснюється тим, що випромінений ультразвуковий імпульс має певну ширину часу, і датчик все ще матиме залишкові вібрації після випромінювання ультразвукової хвилі. У цей період відбитого відлуння неможливо виявити. Ця відстань називається сліпою зоною. Тому найвища частина вимірюваного матеріалу, як правило, не повинна потрапляти в зону сліпої датчика.