Industrijske uši: Kako ultrazvuk 'čuje' promjene u razini tekućine

Industrijske uši: Kako ultrazvuk "čuje" promjene u razini tekućine

Razgovarajmo o tome koji su ultrazvučni valovi. Raspon frekvencije zvukova koji možemo čuti je otprilike između 20 hertza i 20, 000 Hertz. Međutim, učestalost ultrazvučnih valova je mnogo veća, obično se kreće od 20 kilohertza do 100 megahertza. Stoga naše uši ne mogu otkriti ultrazvučne valove. U stvari, ultrazvučni valovi su vrsta mehaničkog vala. Oni mogu propagirati u elastičnim medijima i, zbog svoje visoke frekvencije i kratke valne duljine, imaju jaku usmjerenost, značajnu energiju i snažnu prodornu snagu tijekom širenja.

Dobrodošli u laboratorij za mjerenje i kontrolu Solidat. Ja sam vaš menadžer za mjerenje i kontrolu opreme i opreme. Danas, razgovarajmo o primjeni ultrazvučnih valova u mjerenju razine.

Kada je u pitanju povijest ultrazvuka, može se pratiti do 1793. godine. Tada je talijanski znanstvenik, Spallanzani, otkriven kroz eksperimente da šišmiši koriste ultrazvučne valove kako bi osjetili svoju okolinu, otkrivši misterij ultrazvuka. Kasnije, razvojem tehnologije, ultrazvuk se široko primjenjivao u poljima kao što su otkrivanje, mjerenje i medicina. U industrijskoj proizvodnji mjerenje razine je posebno važno. Mjerenje razine odnosi se na mjerenje visine materijala u spremnicima ili prostorima, kao što su tekućine i zrnate krute tvari. Kroz mjerenje razine možemo znati koliko materijala ima u kontejneru, čime se osigurava materijalna ravnoteža u proizvodnom procesu. Ako se razina može precizno kontrolirati, ona također može osigurati izlaz i kvalitetu proizvoda, kao i osigurati sigurnu proizvodnju. Pa, kako se ultrazvuk koristi u mjerenju razine?

Jednostavno rečeno, ultrazvučni valovi imaju vrlo malo prigušivanja u tekućinama i krutim tvarima i imaju izuzetno jaku prodornu sposobnost. Osobito u neprozirnim krutim tvarima do svjetla, mogu prodrijeti na udaljenost od nekoliko desetaka metara. Štoviše, ultrazvučni valovi imaju jaku usmjerenost i mogu se emitirati usmjereno. Tijekom mjerenja, senzor emitira ultrazvučne valove. Kad se valovi susreću s površinom materijala, oni će se odražavati natrag. Nakon što senzor primi reflektirani val, može odrediti udaljenost izračunavanjem vremenske razlike i na taj način dobiti visinu razine tekućine. Čitav postupak mjerenja ne zahtijeva izravan kontakt s izmjerenim medijem, pa je vrlo pogodan za korozivno i erozivno okruženje i široko se koristi u industrijama kao što su kemijski inženjering, nafta, hrana, farmaceutski proizvodi i zaštita okoliša.

Zatim pogledajmo princip rada mjerača ultrazvučne razine. Općenito govoreći, mjerač ultrazvučne razine sastoji se od pretvarača, jedinice za obradu signala i zaslona ili izlaznog modula. Specifični koraci mjerenja su sljedeći:

1. ** Ultrazvučna emisija **: Ultrazvučni metar emitira ultrazvučne impulse fiksnom brzinom prema površini ciljanog materijala kroz sondu, na primjer, pet puta svake dvije sekunde.
2. ** Ultrazvučno širenje **: Ultrazvučni valovi se šire određenom brzinom u zraku. Kad naiđu na površinu materijala, neki će se odbiti natrag u oblikovanje odjeka. Vrijeme intenziteta i povratka odjeka povezani su s karakteristikama ciljne površine.
3. ** Refleksivni prijem vala **: Sonda prima ultrazvučne valne signale odražene s površine materijala i pretvara ih u električne signale. Istodobno, mjeri vrijeme koje je potrebno da ultrazvučni puls putuje.
4. ** Izračunavanje razine **: Mjerenjem vremena širenja ultrazvučnog impulsa izračunajte vremensku razliku od emisije do prijema, a zatim pomoću formule izračunajte udaljenost od senzora do površine materijala. Formula je: D=V × Δt ÷ 2, gdje je V brzina zvuka u mediju, ΔT je vremenska razlika od emisije ultrazvučnog vala do prijema odjeka, a D je udaljenost od senzora do površine materijala. Uz to, budući da su poznati parametri geometrijskog oblika i visine spremnika, visina razine se može izračunati pomoću formule=e - d, gdje je L izmjerena visina razine, e je udaljenost od baze za ugradnju senzora do dna spremnika (koja je na visini praznog materijala ili visine spremnika), a D.

Međutim, postoje neke točke koje treba primijetiti u praktičnim primjenama. Prvo, na brzinu zvuka utječu srednji i okolišni uvjeti, poput temperature, tlaka, vlage itd. Na primjer, u zraku, za svaki porast temperature od 1 stupnja, brzina zvuka povećavat će se za približno 0. 6 metara u sekundi. Stoga, u stvarnim mjerenjima, temperaturni senzori obično se instaliraju radi kompenzacije temperature kako bi se osigurala točnost mjerenja. Drugo, ultrazvučni valovi možda neće moći propagirati u vakuumu ili u uvjetima ekstremnih tlaka, tako da je potrebno pažljivo razmotriti i primjenjivo okruženje.

Osim toga, položaj instalacije i orijentacija ultrazvučnog senzora također su vrlo važni. Senzor treba uskladiti s površinom izmjerenog materijala, a prepreke treba izbjegavati što je više moguće kako bi se spriječilo smetnje u odjeci. Ako unutar spremnika postoji miješalica ili druge strukture, mogu se generirati lažni odjeci. U ovom trenutku tehnologija obrade signala treba koristiti za identificiranje ispravnih odjeka. Nadalje, prašina, para ili pjena u zraku također mogu utjecati na širenje i odraz ultrazvučnih valova. U takvim slučajevima možda će trebati poduzeti i druge mjere za rješavanje smetnji.

Konačno, postoji jedan manji detalj koji treba pažnju: mjerač ultrazvučne razine ima određenu udaljenost u blizini sonde koja se ne može mjeriti. To je zato što emitirani ultrazvučni puls ima određenu vremensku širinu, a senzor će i dalje imati preostale vibracije nakon što emitira ultrazvučni val. U tom se razdoblju ne može otkriti reflektirani odjek. Ta se udaljenost naziva slijepa zona. Stoga, najveći dio izmjerenog materijala obično ne bi trebao ući u slijepu zonu senzora.