Teollisuuskorvat: Kuinka ultraääni 'kuulee' muutokset nestetasolla

Teollisuuskorvat: Kuinka ultraääni "kuulee" nestemäisen tason muutokset

Puhutaan siitä, mitkä ultraääniaallot ovat. Äänien taajuusalue, jonka voimme kuulla, on noin 20 Hertz - 20, 000 Hertz. Ultraäänien aaltojen taajuus on kuitenkin paljon korkeampi, tyypillisesti 20 kilohertsistä 100 megahertsiksi. Siksi korvat eivät voi havaita ultraääniaaltoja. Itse asiassa ultraääniaallot ovat eräänlainen mekaaninen aalto. He voivat levittää elastisissa väliaineissa ja korkean taajuuden ja lyhyen aallonpituutensa vuoksi heillä on vahva suuntaus, merkittävä energia ja voimakas tunkeutuva voima etenemisen aikana.

Tervetuloa Solidat -mittaus- ja kontrollilaboratorioon. Olen instrumentti- ja laitteesi mittaus- ja ohjauspäällikkö. Puhutaan tänään ultraääniaaltojen soveltamisesta tason mittauksessa.

Ultraäänihistorian suhteen se voidaan jäljittää vuoteen 1793. Tuolloin italialainen tutkija Spallanzani löysi kokeiden kautta, että lepakot käyttävät ultraääniaaltoja ympäristönsä tuntemiseen ja paljastaen siten ultraäänen mysteerin. Myöhemmin tekniikan kehityksen myötä ultraääni sovellettiin laajasti aloilla, kuten havaitseminen, mittaus ja lääketiede. Teollisuustuotannossa tason mittaus on erityisen tärkeä. Tason mittaus viittaa materiaalien korkeuden mittaamiseen säiliöissä tai tiloissa, kuten nesteissä ja rakeisissa kiinteissä aineissa. Tason mittauksen avulla voimme tietää, kuinka paljon materiaalia on säiliössä, varmistaen siten tuotantoprosessin materiaalitasapainon. Jos tasoa voidaan hallita tarkasti, se voi myös varmistaa tuotteiden tuotannon ja laadun sekä varmistaa turvallisen tuotannon. Joten miten ultraääni käytetään tason mittauksessa?

Yksinkertaisesti sanottuna ultraääniaalloilla on hyvin vähän vaimennuksia nesteissä ja kiinteissä aineissa, ja niillä on erittäin voimakas tunkeutumiskyky. Erityisesti läpinäkymättömillä kiinteillä aineilla he voivat tunkeutua useiden kymmenien metrien etäisyyteen. Lisäksi ultraääniaalloilla on voimakas suunta ja ne voidaan lähettää suunnassa. Mittauksen aikana anturi säteilee ultraääniaaltoja. Kun aallot kohtaavat materiaalin pinnan, ne heijastuvat takaisin. Kun anturi on vastaanottanut heijastuneen aallon, se voi määrittää etäisyyden laskemalla aikaero ja saada siten nesteen tasomuoto. Koko mittausprosessi ei vaadi suoraa kosketusta mitattuun väliaineen kanssa, joten se sopii erittäin syövyttäviin ja eroosioihin ja sitä käytetään laajasti teollisuudessa, kuten kemian tekniikan, öljyn, elintarvikkeiden, lääkkeiden ja ympäristönsuojelun.

Katsotaanpa seuraavaksi ultraäänitason mittarin toimintaperiaatetta. Yleisesti ottaen ultraäänitason mittari koostuu muuntimesta, signaalinkäsittelyyksiköstä ja näyttö- tai lähtömoduulista. Erityiset mittausvaiheet ovat seuraavat:

1. ** Ultraäänipäästöt **: Ultraäänitasomittari säteilee ultraäänipulsseja kiinteällä nopeudella kohdemateriaalin pintaa kohti koettimen läpi, esimerkiksi viisi kertaa kahden sekunnin välein.
2 Kun he kohtaavat materiaalin pinnan, jotkut heistä heijastuvat takaisin kaikuksi. Kaikun voimakkuus ja paluuaika liittyvät kohdepinnan ominaisuuksiin.
3. ** Heijastusaallon vastaanotto **: Koetin vastaanottaa ultraääniaaltosignaalit, jotka heijastuvat materiaalin pinnalta ja muuntaa ne sähköisiksi signaaleiksi. Samanaikaisesti se mittaa ajanjakson, joka kuluu ultraäänipulssin matkustamiseen.
4. ** Laskentataso **: Mittaamalla ultraäänipulssin etenemisaika, laske aikaero emissiosta vastaanottoon ja sitten kaavaa laskemaan etäisyys anturista materiaalin pintaan. Kaava on: D=V × ΔT ÷ 2, jossa V on äänen nopeus väliaineessa, ΔT on aikaero ultraäänen päästöstä kaikun vastaanottoon ja D on etäisyys anturista materiaalin pintaan. Lisäksi, koska säiliön geometrinen muoto ja korkeusparametrit tunnetaan, tason korkeus voidaan laskea käyttämällä kaavaa l=e - d, missä l on mitattu tasokorkeus, e on etäisyys anturin asennuspohjasta säiliön pohjaan (joka on tyhjä säiliön korkeus tai kokonaissäiliön korkeus) ja D on sensorin pinta -arvon pinta -ala.

Käytännöllisissä sovelluksissa on kuitenkin joitain kohtia. Ensinnäkin äänen nopeuteen vaikuttavat keski- ja ympäristöolosuhteet, kuten lämpötila, paine, kosteus jne. Esimerkiksi ilmassa, jokaisesta yhden asteen lämpötilan noususta äänen nopeus kasvaa suunnilleen 0. 6 metriä sekunnissa. Siksi todellisissa mittauksissa lämpötila -anturit asennetaan yleensä lämpötilan kompensoimiseksi mittaustarkkuuden varmistamiseksi. Toiseksi ultraääniaallot eivät ehkä pysty levittämään tyhjössä tai äärimmäisissä paine -olosuhteissa, joten sovellettava ympäristö on myös harkittava huolellisesti.

Lisäksi ultraäänianturin asennusasento ja suunta ovat myös erittäin tärkeitä. Anturi tulisi kohdistaa mitatun materiaalin pinnan kanssa, ja esteitä tulisi välttää niin paljon kuin mahdollista, jotta kaikujen häiriöt estäisivät. Jos säiliön sisällä on sekoittaja tai muut rakenteet, vääriä kaikuja voidaan luoda. Tällä hetkellä signaalinkäsittelytekniikkaa on käytettävä oikeiden kaikujen tunnistamiseen. Lisäksi pöly, höyry tai vaahto ilmassa voivat vaikuttaa myös ultraääniaaltojen etenemiseen ja heijastukseen. Tällaisissa tapauksissa on ehkä toteutettava muita toimenpiteitä puuttumisen käsittelemiseksi.

Lopuksi on yksi pieni yksityiskohta, joka tarvitsee huomiota: ultraäänitasolla on tietty etäisyys koettimen lähellä, jota ei voida mitata. Tämä johtuu siitä, että säteilevällä ultraäänipulssilla on tietty ajan leveys, ja anturilla on edelleen jäännösvärähtelyt sen jälkeen, kun se on säteilevä ultraääniaalto. Tänä aikana heijastettua kaikua ei voida havaita. Tätä etäisyyttä kutsutaan sokeaksi vyöhykkeeksi. Siksi mitatun materiaalin korkein osa ei yleensä pitäisi päästä anturin sokealle vyöhykkeelle.