Orecchie industriali: come gli ultrasuoni "sente" cambiamenti a livello di liquido

Orecchie industriali: come gli ultrasuoni "sente" cambia a livello di liquido

Parliamo di quali sono le onde ultrasoniche. La gamma di frequenze di suoni che possiamo sentire è approssimativamente tra 20 Hertz e 20, 000 Hertz. Tuttavia, la frequenza delle onde ad ultrasuoni è molto più alta, in genere va da 20 kilohertz a 100 megahertz. Pertanto, le nostre orecchie non possono rilevare onde ad ultrasuoni. In effetti, le onde ad ultrasuoni sono un tipo di onda meccanica. Possono propagare nei media elastici e, a causa della loro alta frequenza e lunghezza d'onda corta, hanno una forte direzionalità, energia significativa e una forte potenza penetrante durante la propagazione.

Benvenuti nel laboratorio di misurazione e controllo solidat. Sono il tuo strumento e la misurazione delle attrezzature e il gestore del controllo. Oggi parliamo dell'applicazione di onde ad ultrasuoni nella misurazione del livello.

Quando si tratta della storia degli ultrasuoni, può essere ricondotto al 1793. A quel tempo, uno scienziato italiano, Spallanzani, ha scoperto attraverso esperimenti che i pipistrelli usano le onde ad ultrasuoni per percepire l'ambiente circostante, svelando così il mistero degli ultrasuoni. Successivamente, con lo sviluppo della tecnologia, gli ultrasuoni sono stati ampiamente applicati in campi come il rilevamento, la misurazione e la medicina. Nella produzione industriale, la misurazione del livello è particolarmente importante. La misurazione del livello si riferisce alla misurazione dell'altezza dei materiali in contenitori o spazi, come liquidi e solidi granulari. Attraverso la misurazione del livello, possiamo sapere quanto materiale è nel contenitore, garantendo così l'equilibrio del materiale nel processo di produzione. Se il livello può essere controllato con precisione, può anche garantire la produzione e la qualità dei prodotti, nonché garantire una produzione sicura. Quindi, come viene utilizzata l'ecografia nella misurazione del livello?

In termini semplici, le onde ad ultrasuoni hanno pochissima attenuazione in liquidi e solidi e hanno una capacità di penetrazione estremamente forte. Soprattutto nei solidi opachi alla luce, possono penetrare una distanza di diverse decine di metri. Inoltre, le onde ad ultrasuoni hanno una forte direzionalità e possono essere emesse direzionalmente. Durante la misurazione, il sensore emette onde ultrasoniche. Quando le onde incontrano la superficie del materiale, rifletteranno indietro. Dopo che il sensore riceve l'onda riflessa, può determinare la distanza calcolando la differenza di tempo e quindi ottenere l'altezza del livello del liquido. L'intero processo di misurazione non richiede un contatto diretto con il mezzo misurato, quindi è molto adatto per ambienti corrosivi ed erosivi ed è ampiamente utilizzato in settori come ingegneria chimica, petrolio, cibo, prodotti farmaceutici e protezione ambientale.

Successivamente, diamo un'occhiata al principio di lavoro del calibro di livello ultrasuoni. In generale, un indicatore di livello ad ultrasuoni è costituito da un trasduttore, un'unità di elaborazione del segnale e un modulo di visualizzazione o uscita. Le fasi specifiche di misurazione sono le seguenti:

1. ** Emissione ad ultrasuoni **: il misuratore di livello ad ultrasuoni emette impulsi ad ultrasuoni a una velocità fissa verso la superficie del materiale target attraverso la sonda, ad esempio cinque volte ogni due secondi.
2. ** Propagazione ultrasonica **: le onde ad ultrasuoni si propagano a una certa velocità nell'aria. Quando incontrano la superficie del materiale, alcuni di essi verranno riflessi per formare un'eco. L'intensità e il tempo di ritorno dell'eco sono correlati alle caratteristiche della superficie target.
3. ** Ricezione delle onde di riflessione **: la sonda riceve i segnali d'onda ad ultrasuoni riflessi dalla superficie del materiale e li converte in segnali elettrici. Allo stesso tempo, misura il tempo impiegato per viaggiare l'impulso ad ultrasuoni.
4. ** Livello di calcolo **: misurando il tempo di propagazione dell'impulso ad ultrasuoni, calcolare la differenza di tempo dall'emissione alla ricezione e quindi utilizzare la formula per calcolare la distanza dal sensore alla superficie del materiale. La formula è: d=V × Δt ÷ 2, dove V è la velocità del suono nel mezzo, Δt è la differenza di tempo dall'emissione dell'onda ad ultrasuoni alla ricezione dell'eco e D è la distanza dal sensore alla superficie del materiale. Inoltre, poiché sono note la forma geometrica e i parametri di altezza del contenitore, l'altezza del livello può essere calcolata usando la formula L=e - D, dove l è l'altezza del livello misurata, e è la distanza dalla base di installazione del sensore alla parte inferiore del contenitore (che è l'altezza del serbatoio vuoto o l'altezza del serbatoio totale) e D è la distanza dalla superficie materiale.

Tuttavia, ci sono alcuni punti da notare in applicazioni pratiche. In primo luogo, la velocità del suono è influenzata dalle condizioni medio e ambientali, come temperatura, pressione, umidità, ecc. Ad esempio, nell'aria, per ogni aumento di temperatura di 1 grado, la velocità del suono aumenterà di circa 0. 6 metri al secondo. Pertanto, nelle misurazioni effettive, i sensori di temperatura sono generalmente installati per la compensazione della temperatura per garantire l'accuratezza della misurazione. In secondo luogo, le onde ad ultrasuoni potrebbero non essere in grado di propagare nel vuoto o in condizioni di pressione estrema, quindi anche l'ambiente applicabile deve essere considerato attentamente.

Inoltre, anche la posizione di installazione e l'orientamento del sensore ad ultrasuoni sono molto importanti. Il sensore dovrebbe essere allineato con la superficie del materiale misurato e gli ostacoli dovrebbero essere evitati il ​​più possibile per prevenire l'interferenza con gli echi. Se c'è un agitatore o altre strutture all'interno del contenitore, possono essere generati falsi echi. Al momento, la tecnologia di elaborazione del segnale deve essere utilizzata per identificare gli echi corretti. Inoltre, polvere, vapore o schiuma nell'aria possono anche influire sulla propagazione e il riflesso delle onde ad ultrasuoni. In tali casi, potrebbero essere necessarie altre misure per affrontare l'interferenza.

Infine, ci sono un piccolo dettaglio che richiede attenzione: il misuratore di livello ultrasonico ha una certa distanza vicino alla sonda che non può essere misurata. Questo perché l'impulso ad ultrasuoni emessi ha una certa larghezza del tempo e il sensore avrà ancora vibrazioni residue dopo aver emesso l'onda ad ultrasuoni. Durante questo periodo, l'eco riflesso non può essere rilevato. Questa distanza è chiamata zona cieca. Pertanto, la parte più alta del materiale misurato non dovrebbe generalmente entrare nella zona cieca del sensore.