Rūpnieciskās ausis: kā ultraskaņas “dzird” izmaiņas šķidruma līmenī

Rūpnieciskās ausis: kā ultraskaņas "dzird" izmaiņas šķidruma līmenī

Parunāsim par to, kas ir ultraskaņas viļņi. Skaņu frekvences diapazons, ko mēs dzirdam, ir aptuveni no 20 herz līdz 20, 000 herz. Tomēr ultraskaņas viļņu biežums ir daudz lielāks, parasti svārstoties no 20 kiloherca līdz 100 megaherca. Tāpēc mūsu ausis nevar noteikt ultraskaņas viļņus. Faktiski ultraskaņas viļņi ir mehāniskā viļņa tips. Tie var izplatīties elastīgos barotnēs, un, ņemot vērā to augsto frekvenci un īso viļņa garumu, viņiem ir spēcīga virziena virziens, ievērojama enerģija un spēcīga izplatīšanās jauda izplatīšanās laikā.

Laipni lūdzam Solidat mērījumā un kontrolēt laboratoriju. Es esmu jūsu instrumentu un aprīkojuma mērīšanas un vadības pārvaldnieks. Šodien parunāsim par ultraskaņas viļņu pielietojumu līmeņa mērījumos.

Runājot par ultraskaņas vēsturi, to var izsekot līdz 1793. gadam. Tajā laikā itāļu zinātnieks Spallanzani, izmantojot eksperimentus, atklāja, ka sikspārņi izmanto ultraskaņas viļņus, lai izjustu viņu apkārtni, tādējādi atklājot ultraskaņas noslēpumu. Vēlāk, attīstot tehnoloģiju, ultraskaņa tika plaši izmantota tādās jomās kā noteikšana, mērīšana un medicīna. Rūpnieciskajā ražošanā līmeņa mērīšana ir īpaši svarīga. Līmeņa mērīšana attiecas uz materiālu augstuma mērīšanu konteineros vai telpās, piemēram, šķidrumos un granulētās cietās vielas. Izmantojot līmeņa mērījumus, mēs varam zināt, cik daudz materiāla ir traukā, tādējādi nodrošinot materiāla līdzsvaru ražošanas procesā. Ja līmeni var precīzi kontrolēt, tas var arī nodrošināt produktu izvadi un kvalitāti, kā arī nodrošināt drošu ražošanu. Tātad, kā ultraskaņa tiek izmantota līmeņa mērījumos?

Vienkārši izsakoties, ultraskaņas viļņiem ir ļoti maza šķidrumu un cietu vielu vājināšanās, un tiem ir ārkārtīgi spēcīga iespiešanās spēja. Īpaši necaurspīdīgās cietās vielas gaismā, tās var iekļūt vairāku desmitu metru attālumā. Turklāt ultraskaņas viļņiem ir spēcīga virziena virzība, un tos var izstarot virzienā. Mērīšanas laikā sensors izstaro ultraskaņas viļņus. Kad viļņi sastopas ar materiāla virsmu, tie atspoguļosies. Pēc tam, kad sensors saņem atstaroto vilni, tas var noteikt attālumu, aprēķinot laika starpību un tādējādi iegūstot šķidruma līmeņa augstumu. Visam mērīšanas procesam nav nepieciešams tiešs kontakts ar izmērīto vidi, tāpēc tas ir ļoti piemērots kodīgai un erozīvai videi, un to plaši izmanto tādās nozarēs kā ķīmiskā inženierija, nafta, pārtika, farmācija un vides aizsardzība.

Tālāk apskatīsim ultraskaņas līmeņa mērierīces darba principu. Vispārīgi runājot, ultraskaņas līmeņa mērierīce sastāv no devēja, signāla apstrādes vienības un displeja vai izejas moduļa. Konkrētie mērīšanas posmi ir šādi:

1. ** Ultraskaņas emisija **: Ultraskaņas līmeņa mērītājs emitē ultraskaņas impulsus ar fiksētu ātrumu mērķa materiāla virsmu caur zondi, piemēram, piecas reizes ik pēc divām sekundēm.
2. ** Ultraskaņas izplatīšanās **: Ultraskaņas viļņi izplatās ar noteiktu ātrumu gaisā. Kad viņi sastopas ar materiāla virsmu, daži no tiem tiks atspoguļoti atpakaļ, lai veidotu atbalsi. Echo intensitāte un atgriešanās laiks ir saistīti ar mērķa virsmas īpašībām.
3. ** Refleksijas viļņu uztveršana **: zonde saņem ultraskaņas viļņu signālus, kas atspoguļoti no materiāla virsmas, un pārvērš tos elektriskos signālos. Tajā pašā laikā tas mēra laiku, kas nepieciešams, lai ceļojums būtu ultraskaņas pulss.
4. ** Līmeņa aprēķināšana **: izmērot ultraskaņas impulsa izplatīšanās laiku, aprēķiniet laika starpību no emisijas uz uztveršanu un pēc tam izmantojiet formulu, lai aprēķinātu attālumu no sensora uz materiāla virsmu. Formula ir: D=v × Δt ÷ 2, kur v ir skaņas ātrums barotnē, ΔT ir laika atšķirība no ultraskaņas viļņa emisijas līdz atbalss uztveršanai, un d ir attālums no sensora uz materiāla virsmas. Turklāt, tā kā ir zināmi konteinera ģeometriskās formas un augstuma parametri, līmeņa augstumu var aprēķināt, izmantojot formulu l=e - d, kur l ir izmērītais līmeņa augstums, e ir attālums no sensora uzstādīšanas pamatnes līdz konteinera apakšdaļai (kas ir tukša tvertnes augstums vai kopējais tvertnes augstums), un D ir attālums no sensora līdz materiāla virsmai.

Tomēr ir daži punkti, kas jāņem vērā praktiskos pielietojumos. Pirmkārt, skaņas ātrumu ietekmē barotnes un vides apstākļi, piemēram, temperatūra, spiediens, mitrums utt. Piemēram, gaisā, uz katriem uz 1 grādu temperatūras paaugstināšanās, skaņas ātrums palielināsies par aptuveni 0. 6 metri sekundē. Tāpēc faktiskos mērījumos temperatūras kompensācijai parasti tiek uzstādīti temperatūras sensori, lai nodrošinātu mērījumu precizitāti. Otrkārt, ultraskaņas viļņi, iespējams, nespēj izplatīties vakuumā vai ārkārtējos spiediena apstākļos, tāpēc arī rūpīgi jāapsver piemērojamā vide.

Turklāt ļoti svarīga ir arī ultraskaņas sensora uzstādīšanas pozīcija un orientācija. Sensors jāsaskaņo ar izmērītā materiāla virsmu, un jāizvairās no šķēršļiem pēc iespējas vairāk, lai novērstu traucējumus atbalsis. Ja konteinera iekšpusē ir maisa vai citas struktūras, var radīt viltus atbalss. Šajā laikā pareizo atbalss identificēšanai jāizmanto signālu apstrādes tehnoloģija. Turklāt putekļi, tvaiki vai putas gaisā var ietekmēt arī ultraskaņas viļņu izplatīšanos un atspoguļojumu. Šādos gadījumos, iespējams, būs jāveic citi pasākumi, lai risinātu iejaukšanos.

Visbeidzot, ir viena neliela detaļa, kurai jāpievērš uzmanība: ultraskaņas līmeņa skaitītājam ir noteikts attālums netālu no zondes, kuru nevar izmērīt. Tas notiek tāpēc, ka izstarotajam ultraskaņas impulsam ir noteikts laika platums, un sensoram joprojām būs atlikušās vibrācijas pēc ultraskaņas viļņa izstarošanas. Šajā periodā atspoguļoto atbalsi nevar noteikt. Šo attālumu sauc par neredzīgo zonu. Tāpēc izmērītā materiāla augstākajai daļai parasti nevajadzētu iekļūt sensora neredzīgajā zonā.