Industriella öron: Hur ultraljud "hör" förändringar i flytande nivå
May 12, 2025| Industriella öron: Hur ultraljud "hör" förändringar i flytande nivå
Låt oss prata om vad ultraljudsvågor är. Frekvensområdet för ljud vi kan höra är ungefär mellan 20 hertz och 20, 000 hertz. Emellertid är frekvensen av ultraljudsvågor mycket högre, vilket vanligtvis sträcker sig från 20 kilohertz till 100 megahertz. Därför kan våra öron inte upptäcka ultraljudsvågor. Faktum är att ultraljudsvågor är en typ av mekanisk våg. De kan föröka sig i elastiska medier och på grund av deras höga frekvens och kort våglängd har de stark riktning, betydande energi och stark genomträngande kraft under förökningen.
Välkommen till Solidat -mätningen och kontrolllaboratoriet. Jag är din instrument- och utrustningsmätning och kontrollhanterare. Idag, låt oss prata om tillämpningen av ultraljudsvågor i nivåmätning.
När det gäller ultraljudets historia kan den spåras tillbaka till 1793. Vid den tiden, en italiensk forskare, Spallanzani, upptäckt genom experiment att fladdermöss använder ultraljudsvågor för att känna sin omgivning och därmed avslöja mysteriet om ultraljud. Senare, med utvecklingen av teknik, tillämpades ultraljud i stor utsträckning i fält som detektion, mätning och medicin. I industriell produktion är nivåmätningen särskilt viktig. Nivåmätning avser mätning av materialets höjd i behållare eller utrymmen, såsom vätskor och granulära fasta ämnen. Genom nivåmätning kan vi veta hur mycket material som finns i behållaren och därmed säkerställa materialbalansen i produktionsprocessen. Om nivån kan kontrolleras exakt kan den också säkerställa produktionen och kvaliteten på produkterna, samt säkerställa säker produktion. Så, hur används ultraljud i nivåmätning?
Enkelt uttryckt har ultraljudsvågor mycket liten dämpning i vätskor och fasta ämnen och har extremt stark genomträngande förmåga. Speciellt i ogenomskinliga fasta ämnen för att tända kan de tränga in i ett avstånd på flera tiotals meter. Dessutom har ultraljudsvågor stark riktning och kan släppas på riktning. Under mätningen avger sensorn ultraljudsvågor. När vågorna möter materialets yta kommer de att reflektera tillbaka. När sensorn har fått den reflekterade vågen kan den bestämma avståndet genom att beräkna tidsskillnaden och därmed erhålla vätskenivån. Hela mätprocessen kräver inte direktkontakt med det uppmätta mediet, så det är mycket lämpligt för frätande och erosiva miljöer och används ofta inom industrier som kemiteknik, petroleum, mat, läkemedel och miljöskydd.
Låt oss sedan titta på arbetsprincipen för ultraljudsnivåmätaren. Generellt sett består en ultraljudsnivåmätare av en givare, en signalbehandlingsenhet och en display- eller utgångsmodul. De specifika mätstegen är följande:
1. ** Ultraljudsemission **: Ultraljudsnivåmätaren avger ultraljudspulser med en fast hastighet mot målmaterialytan genom sonden, till exempel fem gånger varannan sekund.
2. ** Ultraljudsförökning **: Ultraljudsvågor förökas med en viss hastighet i luften. När de möter materialytan kommer några av dem att återspeglas tillbaka för att bilda ett eko. Echos intensitet och returtid är relaterade till målytans egenskaper.
3. ** Reflektionsvågsmottagning **: Sonden tar emot ultraljudsvågsignalerna reflekterade från materialytan och omvandlar dem till elektriska signaler. Samtidigt mäter den den tid det tar för ultraljudspulsen att resa.
4. ** Beräkningsnivå **: Genom att mäta förökningstiden för ultraljudspulsen beräkna tidsskillnaden från emission till mottagning och använd sedan formeln för att beräkna avståndet från sensorn till materialytan. Formeln är: d=V × Δt ÷ 2, där v är ljudets hastighet i mediet, Δt är tidsskillnaden från utsläppet av ultraljudsvågen till mottagandet av ekot, och d är avståndet från sensorn till materialytan. Eftersom de geometriska formen och höjdparametrarna för behållaren är kända, kan nivåhöjden beräknas med hjälp av formeln L=e - d, där l är den uppmätta nivån höjden, e är avståndet från sensorinstallationsbasen till botten av behållaren (som är den tomma tankhöjden eller den totala tankhöjden), och d är avståndet från sensorn till avståndet.
Det finns emellertid några punkter att notera i praktiska tillämpningar. För det första påverkas ljudets hastighet av medium- och miljöförhållandena, såsom temperatur, tryck, fuktighet, etc. Till exempel i luften, för varje grads ökning av temperaturen, kommer ljudhastigheten att öka med ungefär 0. 6 meter per sekund. Därför installeras vanligtvis i faktiska mätningar temperatursensorer för temperaturkompensation för att säkerställa mätnoggrannheten. För det andra kanske ultraljudsvågor inte kan föröka sig i vakuum eller under extrema tryckförhållanden, så den tillämpliga miljön måste också noggrant övervägas.
Dessutom är installationspositionen och orienteringen av ultraljudssensorn också mycket viktiga. Sensorn bör anpassas till ytan på det uppmätta materialet, och hinder bör undvikas så mycket som möjligt för att förhindra störningar med ekon. Om det finns en omrörare eller andra strukturer i behållaren kan falska ekon genereras. För närvarande måste signalbehandlingsteknologi användas för att identifiera rätt ekon. Dessutom kan damm, ånga eller skum i luften också påverka förökningen och reflektionen av ultraljudsvågor. I sådana fall kan andra åtgärder behöva vidtas för att hantera inblandningen.
Slutligen finns det en mindre detalj som behöver uppmärksamhet: ultraljudsnivån har ett visst avstånd nära sonden som inte kan mätas. Detta beror på att den emitterade ultraljudspulsen har en viss tidsbredd, och sensorn kommer fortfarande att ha återstående vibrationer efter att ha släppt ut ultraljudsvågen. Under denna period kan det reflekterade ekot inte upptäckas. Detta avstånd kallas den blinda zonen. Därför bör den högsta delen av det uppmätta materialet i allmänhet inte komma in i sensorns blinda zon.