Ouvidos industriais: como o ultrassom 'ouve' mudanças no nível líquido

Ouvidos industriais: como o ultrassom "ouve" muda no nível do líquido

Vamos falar sobre o que são ondas ultrassônicas. A faixa de frequência de sons que podemos ouvir é aproximadamente entre 20 Hertz e 20, 000 Hertz. No entanto, a frequência de ondas ultrassônicas é muito maior, geralmente variando de 20 quilohertz a 100 megahertz. Portanto, nossos ouvidos não podem detectar ondas ultrassônicas. De fato, ondas ultrassônicas são um tipo de onda mecânica. Eles podem se propagar no meio elástico e, devido à sua alta frequência e comprimento de onda curto, têm uma forte direcionalidade, energia significativa e forte poder de penetração durante a propagação.

Bem -vindo ao Laboratório de Medição e Controle do Solidat. Sou seu gerente de medição e controle de equipamentos e instrumento. Hoje, vamos falar sobre a aplicação de ondas ultrassônicas na medição de nível.

Quando se trata da história do ultrassom, ele pode ser rastreado até 1793. Naquela época, um cientista italiano, Spallanzani, descobriu através de experimentos que os morcegos usam ondas ultrassônicas para sentir seu ambiente, revelando assim o mistério do ultrassom. Posteriormente, com o desenvolvimento da tecnologia, o ultrassom foi amplamente aplicado em campos como detecção, medição e medicina. Na produção industrial, a medição de nível é particularmente importante. Medição de nível refere -se à medição da altura dos materiais em recipientes ou espaços, como líquidos e sólidos granulares. Através da medição do nível, podemos saber quanto material está no contêiner, garantindo assim o equilíbrio material no processo de produção. Se o nível puder ser controlado com precisão, também poderá garantir a saída e a qualidade dos produtos, além de garantir uma produção segura. Então, como o ultrassom é usado na medição de nível?

Em termos simples, as ondas ultrassônicas têm muito pouca atenuação em líquidos e sólidos e têm capacidade de penetração extremamente forte. Especialmente em sólidos opacos à luz, eles podem penetrar a uma distância de várias dezenas de metros. Além disso, as ondas ultrassônicas têm forte direcionalidade e podem ser emitidas direcionalmente. Durante a medição, o sensor emite ondas ultrassônicas. Quando as ondas encontram a superfície do material, elas refletem de volta. Depois que o sensor recebe a onda refletida, ele pode determinar a distância calculando a diferença de tempo e, assim, obter a altura do nível do líquido. Todo o processo de medição não requer contato direto com o meio medido, por isso é muito adequado para ambientes corrosivos e erosivos e é amplamente utilizado em indústrias como engenharia química, petróleo, alimentos, produtos farmacêuticos e proteção ambiental.

Em seguida, vamos dar uma olhada no princípio de trabalho do medidor de nível ultrassônico. De um modo geral, um medidor de nível ultrassônico consiste em um transdutor, uma unidade de processamento de sinal e um módulo de exibição ou saída. As etapas de medição específicas são as seguintes:

1. ** Emissão ultrassônica **: O medidor de nível ultrassônico emite pulsos ultrassônicos a uma velocidade fixa em direção à superfície do material alvo através da sonda, por exemplo, cinco vezes a cada dois segundos.
2. ** Propagação ultrassônica **: Ondas ultrassônicas se propagam a uma certa velocidade no ar. Quando encontram a superfície do material, alguns deles serão refletidos de volta para formar um eco. A intensidade e o tempo de retorno do eco estão relacionados às características da superfície alvo.
3. ** Recepção da onda de reflexão **: A sonda recebe os sinais de onda ultrassônica refletidos da superfície do material e os converte em sinais elétricos. Ao mesmo tempo, mede o tempo que leva para o pulso ultrassônico viajar.
4. A fórmula é: d=v × Δt ÷ 2, onde v é a velocidade do som no meio, ΔT é a diferença horária da emissão da onda ultrassônica para a recepção do eco e D é a distância do sensor à superfície do material. Além disso, como os parâmetros geométricos de forma e altura do recipiente são conhecidos, a altura do nível pode ser calculada usando a fórmula L=e - D, onde l é a altura do nível medido, E é a distância da altura da altura do tanque) e D é a parte inferior do sensor até a distância do que é a altura do tanque.

No entanto, existem alguns pontos a serem observados em aplicações práticas. Em primeiro lugar, a velocidade do som é afetada pelas condições médias e ambientais, como temperatura, pressão, umidade, etc. Por exemplo, no ar, para cada aumento de 1 grau de temperatura, a velocidade do som aumentará em aproximadamente 0}. 6 metros por segundo. Portanto, nas medições reais, os sensores de temperatura geralmente são instalados para compensação de temperatura para garantir a precisão da medição. Em segundo lugar, ondas ultrassônicas podem não ser capazes de se propagar no vácuo ou sob condições de pressão extrema, portanto o ambiente aplicável também precisa ser cuidadosamente considerado.

Além disso, a posição de instalação e a orientação do sensor ultrassônico também são muito importantes. O sensor deve estar alinhado com a superfície do material medido, e os obstáculos devem ser evitados o máximo possível para evitar interferências nos ecos. Se houver um agitador ou outras estruturas dentro do recipiente, os ecos falsos poderão ser gerados. No momento, a tecnologia de processamento de sinal precisa ser usada para identificar os ecos corretos. Além disso, poeira, vapor ou espuma no ar também podem afetar a propagação e a reflexão das ondas ultrassônicas. Nesses casos, outras medidas podem precisar ser tomadas para lidar com a interferência.

Finalmente, há um detalhe menor que precisa de atenção: o medidor de nível ultrassônico tem uma certa distância perto da sonda que não pode ser medida. Isso ocorre porque o pulso ultrassônico emitido tem uma certa largura de tempo, e o sensor ainda terá vibrações residuais após emitir a onda ultrassônica. Durante esse período, o eco refletido não pode ser detectado. Essa distância é chamada de zona cega. Portanto, a parte mais alta do material medido geralmente não deve entrar na zona cega do sensor.