Industrielle ører: Hvordan ultralyd 'hører' endringer i flytende nivå

Industrielle ører: Hvordan ultralyd "hører" endringer i flytende nivå

La oss snakke om hva ultralydbølger er. Frekvensområdet for lyder vi kan høre er omtrent mellom 20 hertz og 20, 000 hertz. Frekvensen av ultralydbølger er imidlertid mye høyere, og varierer vanligvis fra 20 kilohertz til 100 megahertz. Derfor kan ikke ørene våre oppdage ultralydbølger. Faktisk er ultralydbølger en type mekanisk bølge. De kan forplante seg i elastiske medier, og på grunn av deres høye frekvens og korte bølgelengde har de sterk retning, betydelig energi og sterk gjennomtrengende kraft under utbredelse.

Velkommen til Solidat -måling og kontrolllaboratorium. Jeg er instrument- og utstyrsmåling og kontrollsjef. La oss i dag snakke om anvendelsen av ultralydbølger i nivåmåling.

Når det gjelder ultralydhistorien, kan det spores tilbake til 1793. På den tiden oppdaget en italiensk forsker, Spallanzani, gjennom eksperimenter at flaggermus bruker ultralydbølger for å føle omgivelsene, og dermed avduke mysteriet med ultralyd. Senere, med utvikling av teknologi, ble ultralyd mye brukt innen felt som deteksjon, måling og medisin. I industriell produksjon er nivåmåling spesielt viktig. Nivåmåling refererer til å måle høyden på materialer i containere eller rom, for eksempel væsker og kornete faste stoffer. Gjennom nivåmåling kan vi vite hvor mye materiale som er i beholderen, og dermed sikre materialbalansen i produksjonsprosessen. Hvis nivået kan kontrolleres nøyaktig, kan det også sikre produksjonen og kvaliteten på produktene, samt sikre sikker produksjon. Så, hvordan brukes ultralyd i nivåmåling?

Enkelt sagt har ultralydbølger veldig lite demping i væsker og faste stoffer, og har ekstremt sterk gjennomtrengende evne. Spesielt i ugjennomsiktige faste stoffer til lys, kan de trenge gjennom en avstand på flere titalls meter. Dessuten har ultralydbølger sterk retning og kan avgis retning. Under måling avgir sensoren ultralydbølger. Når bølgene møter overflaten på materialet, vil de reflektere tilbake. Etter at sensoren har mottatt den reflekterte bølgen, kan den bestemme avstanden ved å beregne tidsforskjellen, og dermed oppnå væskenivåhøyden. Hele måleprosessen krever ikke direkte kontakt med det målte mediet, så det er veldig egnet for etsende og erosive miljøer og er mye brukt i bransjer som kjemiteknikk, petroleum, mat, legemidler og miljøvern.

La oss deretter se på arbeidsprinsippet i ultralydnivåmåleren. Generelt sett består en ultralydnivåmåler av en svinger, en signalbehandlingsenhet og en skjerm- eller utgangsmodul. De spesifikke måletrinnene er som følger:

1. ** Ultralydemisjon **: Ultralydnivåmåleren avgir ultralydpulser med en fast hastighet mot målmaterialoverflaten gjennom sonden, for eksempel fem ganger hvert annet sekund.
2. ** Ultrasonisk forplantning **: Ultrasoniske bølger forplanter seg med en viss hastighet i luften. Når de møter materialoverflaten, vil noen av dem bli reflektert tilbake for å danne et ekko. Ekens intensitet og returstid er relatert til egenskapene til måloverflaten.
3. ** Reflection Wave -mottaket **: Sonden mottar ultralydbølgesignalene som reflekteres fra materialoverflaten og konverterer dem til elektriske signaler. Samtidig måler det tiden det tar før ultralydpulsen skal reise.
4. ** Beregningsnivå **: Ved å måle forplantningstiden for den ultralydpulsen, beregne tidsforskjellen fra utslipp til mottak, og bruk deretter formelen til å beregne avstanden fra sensoren til materialoverflaten. Formelen er: D=V × ΔT ÷ 2, der V er lydhastigheten i mediet, ΔT er tidsforskjellen fra utslippet av ultralydbølgen til mottakelsen av ekkoet, og D er avstanden fra sensoren til materialoverflaten. I tillegg, siden den geometriske form og høydeparametere for beholderen er kjent, kan nivåhøyden beregnes ved å bruke formelen L=E - D, der L er den målte nivåhøyden, er E avstanden fra sensorinstallasjonsbasen til bunnen av beholderen (som er den tomme tankhøyden eller total tankhøyde), og D er avstanden fra sensoren til den motstanden til den tomme tankhøyden.

Imidlertid er det noen punkter som skal bemerkes i praktiske anvendelser. For det første påvirkes lydhastigheten av mediet og miljøforholdene, for eksempel temperatur, trykk, fuktighet osv. For eksempel i luft, for hver 1 grads økning i temperaturen, vil lydhastigheten øke med omtrent 0. 6 meter per sekund. I faktiske målinger installeres vanligvis temperatursensorer vanligvis for temperaturkompensasjon for å sikre målingsnøyaktighet. For det andre kan det hende at ultralydbølger ikke kan forplante seg i et vakuum eller under ekstreme trykkforhold, så det aktuelle miljøet må også vurderes nøye.

I tillegg er installasjonsposisjonen og orienteringen til ultralydsensoren også veldig viktig. Sensoren skal være på linje med overflaten til det målte materialet, og hindringer bør unngås så mye som mulig for å forhindre forstyrrelse av ekkoene. Hvis det er en røre eller andre strukturer inne i beholderen, kan det genereres falske ekko. På dette tidspunktet må signalbehandlingsteknologi brukes til å identifisere de riktige ekkoene. Dessuten kan støv, damp eller skum i luften også påvirke forplantningen og refleksjonen av ultralydbølger. I slike tilfeller kan det hende at andre tiltak må iverksettes for å håndtere forstyrrelsen.

Til slutt er det en mindre detalj som trenger oppmerksomhet: den ultralydnivåmåleren har en viss avstand nær sonden som ikke kan måles. Dette er fordi den utsendte ultralydpulsen har en viss tidsbredde, og sensoren vil fortsatt ha restvibrasjoner etter å ha avgitt ultralydbølgen. I løpet av denne perioden kan ikke det reflekterte ekkoet oppdages. Denne avstanden kalles den blinde sonen. Derfor bør den høyeste delen av det målte materialet generelt ikke komme inn i sensorens blinde sone.