Промышленные уши: как ультразвук «слышит» изменения в уровне жидкости

Промышленные уши: как ультразвук «слышит» изменения в уровне жидкости

Давайте поговорим о том, что такое ультразвуковые волны. Частотный диапазон звуков, который мы можем услышать, составляет приблизительно между 20 герцами и 20, 000 Герц. Тем не менее, частота ультразвуковых волн намного выше, как правило, от 20 килохерц до 100 мегахерц. Следовательно, наши уши не могут обнаружить ультразвуковые волны. На самом деле, ультразвуковые волны - это тип механической волны. Они могут распространяться в упругих средах, и, благодаря своей высокой частоте и короткой длине волны, они обладают сильной направленностью, значительной энергией и сильной проникающей силой во время распространения.

Добро пожаловать в Лабораторию измерения и контроля Solidat. Я ваш инструмент и менеджер по измерению и управлению оборудованием. Сегодня давайте поговорим о применении ультразвуковых волн при измерении уровня.

Когда дело доходит до истории ультразвука, его можно проследить до 1793 года. В то время итальянский ученый, Спаланзани, обнаружил в экспериментах, которые летучие мыши используют ультразвуковые волны, чтобы ощутить свое окружение, что раскрывает тайну ультразвука. Позже, с разработкой технологий, ультразвук широко применялся в таких областях, как обнаружение, измерение и медицина. В промышленном производстве измерение уровня особенно важно. Измерение уровня относится к измерению высоты материалов в контейнерах или пространствах, таких как жидкости и гранулированные твердые вещества. Благодаря измерению уровня мы можем знать, сколько материала находится в контейнере, тем самым обеспечивая баланс материала в производственном процессе. Если уровень может быть точно контролирован, он также может обеспечить выход и качество продуктов, а также обеспечить безопасное производство. Итак, как ультразвук используется при измерении уровня?

Проще говоря, ультразвуковые волны имеют очень мало затухания в жидкостях и твердых веществах и обладают чрезвычайно сильной проникающей способностью. Особенно в непрозрачных твердых веществах, они могут проникнуть на расстояние в несколько десятков метров. Более того, ультразвуковые волны имеют сильную направленность и могут быть излучены направленными. Во время измерения датчик излучает ультразвуковые волны. Когда волны сталкиваются с поверхностью материала, они будут отражать обратно. После того, как датчик получает отраженную волну, он может определить расстояние путем расчета разности во времени и тем самым получить высоту уровня жидкости. Весь процесс измерения не требует прямого контакта с измеренной средой, поэтому он очень подходит для коррозийных и эрозивных сред и широко используется в таких отраслях, как химическая инженерия, нефть, пищевые продукты, фармацевтические препараты и защита окружающей среды.

Затем давайте посмотрим на принцип работы ультразвукового уровня. Вообще говоря, ультразвуковой датчик уровня состоит из преобразователя, блока обработки сигналов и модуля отображения или выходного сигнала. Конкретные этапы измерения следующие:

1. ** Ультразвуковое излучение **: Ультразвуковой счетчик уровня излучает ультразвуковые импульсы с фиксированной скоростью в направлении поверхности целевого материала через зонд, например, пять раз каждые две секунды.
2. ** Ультразвуковое распространение **: Ультразвуковые волны распространяются на определенной скорости в воздухе. Когда они сталкиваются с поверхностью материала, некоторые из них будут отражены обратно, чтобы сформировать эхо. Интенсивность и время возврата эха связаны с характеристиками целевой поверхности.
3. В то же время он измеряет время, необходимое для путешествия ультразвукового импульса.
4. Формула: d=v × Δt ÷ 2, где v - скорость звука в среде, Δt - это разница во времени от излучения ультразвуковой волны до приема эха, а D - расстояние от датчика до поверхности материала. Кроме того, поскольку геометрические параметры формы и высоты контейнера известны, высота уровня может быть рассчитана с использованием формулы L=E - D, где L - измеренная высота уровня, E - расстояние от основания датчика до нижней части контейнера (то есть высота пустого бака или высота бака), а D - расстояние от сенсора до поверхности материала.

Тем не менее, есть некоторые моменты, которые следует отметить в практических приложениях. Во -первых, на скорость звука влияет средние и условия окружающей среды, такие как температура, давление, влажность и т. Д. Например, в воздухе, на каждые повышение температуры на 1 градус скорость звука будет увеличиваться примерно на {1}}. 6 метров в секунду. Следовательно, в фактических измерениях датчики температуры обычно устанавливаются для компенсации температуры, чтобы обеспечить точность измерения. Во -вторых, ультразвуковые волны могут не иметь возможности распространять в вакууме или в условиях чрезвычайного давления, поэтому применимая среда также необходимо тщательно рассмотреть.

Кроме того, положение установки и ориентация ультразвукового датчика также очень важны. Датчик должен быть выровнен с поверхностью измеренного материала, а препятствия следует избегать как можно больше, чтобы предотвратить помехи в эхо. Если внутри контейнера есть мешалка или другие конструкции, могут быть созданы ложные эхо. В настоящее время технология обработки сигналов должна использоваться для определения правильных эхо. Кроме того, пыль, пар или пена в воздухе также могут повлиять на распространение и отражение ультразвуковых волн. В таких случаях, возможно, потребуется принять другие меры для борьбы с вмешательством.

Наконец, есть одна незначительная деталь, которая требует внимания: измеритель ультразвукового уровня имеет определенное расстояние рядом с зондом, которое не может быть измерено. Это связано с тем, что испускаемый ультразвуковой импульс имеет определенную ширину времени, а датчик все еще будет иметь остаточные вибрации после излучения ультразвуковой волны. В течение этого периода отраженное эхо не может быть обнаружен. Это расстояние называется слепой зоной. Следовательно, самая высокая часть измеренного материала, как правило, не должна попадать в слепую зону датчика.