Industrielle ører: Hvordan ultralyd 'hører' ændringer i flydende niveau

Industrielle ører: Hvordan ultralyd "hører" ændringer i væskeniveau

Lad os tale om, hvad ultralydsbølger er. Frekvensområdet for lyde, vi kan høre, er cirka 20 Hertz og 20, 000 Hertz. Imidlertid er hyppigheden af ​​ultralydsbølger meget højere og spænder typisk fra 20 kilohertz til 100 megahertz. Derfor kan vores ører ikke detektere ultralydsbølger. Faktisk er ultralydsbølger en type mekanisk bølge. De kan forplantes i elastiske medier, og på grund af deres høje frekvens og korte bølgelængde har de stærk retningsbestemmelse, betydelig energi og stærk gennemtrængende effekt under forplantning.

Velkommen til Solidat -måling og kontrollaboratorium. Jeg er dit instrument- og udstyrsmåling og kontrolchef. Lad os i dag tale om påføring af ultralydsbølger i niveaumåling.

Når det kommer til ultralydshistorien, kan det spores tilbage til 1793. På det tidspunkt, en italiensk videnskabsmand, Spallanzani, opdages gennem eksperimenter, der flagermus bruger ultralydsbølger for at fornemme deres omgivelser, og dermed afslører mysteriet om ultrasound. Senere med udviklingen af ​​teknologi blev ultralyd bredt anvendt inden for områder som detektion, måling og medicin. I industriel produktion er niveau måling især vigtig. Niveau måling refererer til måling af højden på materialer i containere eller mellemrum, såsom væsker og granulære faste stoffer. Gennem måling på niveau kan vi vide, hvor meget materiale der er i beholderen, og derved sikre den materielle balance i produktionsprocessen. Hvis niveauet kan kontrolleres nøjagtigt, kan det også sikre udgangen og kvaliteten af ​​produkterne samt sikre sikker produktion. Så hvordan bruges ultralyd i niveau måling?

Enkelt sagt har ultralydsbølger meget lidt dæmpning i væsker og faste stoffer og har ekstremt stærk gennemtrængningsevne. Især i uigennemsigtige faste stoffer med lys kan de trænge ind i en afstand af flere titusinder af meter. Desuden har ultralydsbølger stærk retningsbestemmelse og kan udsendes retningsbestemt. Under måling udsender sensoren ultralydsbølger. Når bølgerne støder på materialets overflade, reflekterer de tilbage. Efter at sensoren har modtaget den reflekterede bølge, kan den bestemme afstanden ved at beregne tidsforskellen og derved opnå væskehøjden. Hele måleprocessen kræver ikke direkte kontakt med det målte medium, så det er meget velegnet til ætsende og erosive miljøer og er vidt brugt i industrier som kemiteknik, olie, mad, farmaceutiske og miljøbeskyttelse.

Lad os derefter se på arbejdsprincippet for den ultralydsniveau. Generelt består en ultralydsniveau måler af en transducer, en signalbehandlingsenhed og et display- eller outputmodul. De specifikke målingstrin er som følger:

1. ** Ultralydsemission **: Det ultralydsmæssige måler udsender ultralydsimpulser med en fast hastighed mod målmaterialets overflade gennem sonden, for eksempel fem gange hvert andet sekund.
2. ** Ultrasonisk forplantning **: Ultralydsbølger forplantes med en bestemt hastighed i luften. Når de støder på den materielle overflade, reflekteres nogle af dem tilbage til at danne et ekko. Ekkoets intensitet og returtid er relateret til måloverfladenes egenskaber.
3. ** Reflektionsbølgemodtagelse **: Sonden modtager de ultralyds bølgesignaler, der reflekteres fra den materielle overflade og konverterer dem til elektriske signaler. På samme tid måler det den tid, det tager for den ultralydspuls at rejse.
4. ** Beregning af niveau **: Ved at måle udbredelsestiden for den ultralydspuls skal du beregne tidsforskellen fra emission til modtagelse og derefter bruge formlen til at beregne afstanden fra sensoren til den materielle overflade. Formlen er: D=V × ΔT ÷ 2, hvor V er lydhastigheden i mediet, ΔT er tidsforskellen fra emissionen af ​​den ultralydsbølge til modtagelse af ekkoet, og D er afstanden fra sensoren til den materielle overflade. Da den geometriske form og højdeparametre for beholderen er kendt, kan niveauhøjden beregnes ved hjælp af formlen L=E - D, hvor L er den målte niveauhøjde, E er afstanden fra sensorinstallationsbasen til bunden af ​​beholderen (som er den tomme tankhøjde eller total tankhøjde), og D er afstanden fra sensoren til materialets overflade til bunden til bunden af ​​beholderen.

Der er dog nogle punkter, der skal bemærkes i praktiske anvendelser. For det første påvirkes lydhastigheden af ​​de mellemstore og miljømæssige forhold, såsom temperatur, tryk, fugtighed osv. For eksempel i luft, for hver stigning i temperaturen, vil lydhastigheden stige med cirka 0. 6 meter i sekundet. Derfor er temperatursensorer i faktiske målinger normalt installeret til temperaturkompensation for at sikre måleanøjagtighed. For det andet kan ultralydsbølger muligvis ikke forplantes i et vakuum eller under ekstreme trykforhold, så det relevante miljø skal også overvejes omhyggeligt.

Derudover er installationspositionen og orienteringen af ​​den ultralydssensor også meget vigtige. Sensoren skal på linje med overfladen af ​​det målte materiale, og forhindringer skal undgås så meget som muligt for at forhindre interferens med ekkoerne. Hvis der er en omrører eller andre strukturer inde i beholderen, kan der genereres falske ekkoer. På dette tidspunkt skal signalbehandlingsteknologi bruges til at identificere de korrekte ekkoer. Desuden kan støv, damp eller skum i luften også påvirke forplantningen og afspejlingen af ​​ultralydsbølger. I sådanne tilfælde kan der træffes andre foranstaltninger for at håndtere interferensen.

Endelig er der en mindre detalje, der har brug for opmærksomhed: den ultralydsniveaumåler har en vis afstand i nærheden af ​​sonden, der ikke kan måles. Dette skyldes, at den udsendte ultralydspuls har en bestemt tidsbredde, og sensoren vil stadig have resterende vibrationer efter at have udsendt den ultralydsbølge. I denne periode kan det reflekterede Echo ikke påvises. Denne afstand kaldes den blinde zone. Derfor bør den højeste del af det målte materiale generelt ikke komme ind i sensorens blinde zone.