Tööstuslikud kõrvad: kuidas ultraheli "kuuleb" muutusi vedelikul

Tööstuslikud kõrvad: kuidas ultraheli "kuuleb" muutusi vedelikul

Räägime sellest, mis on ultrahelilained. Kuulmissagedusvahemik on umbes 20 hertz ja 20, 000 hertz. Ultrahelilainete sagedus on aga palju suurem, tavaliselt vahemikus 20 kiloherz kuni 100 megahertsini. Seetõttu ei suuda meie kõrvad tuvastada ultrahelilaineid. Tegelikult on ultrahelilained teatud tüüpi mehaanilised lained. Nad võivad levida elastses söötmes ning nende kõrgsageduse ja lühikese lainepikkuse tõttu on neil leviku ajal tugev suund, märkimisväärne energia ja tugev läbitungiv jõud.

Tere tulemast solidaadi mõõtmis- ja kontrolllaborisse. Olen teie instrumendi ja seadmete mõõtmine ja juhtimisjuht. Räägime täna ultrahelilainete kasutamisest taseme mõõtmisel.

Kui rääkida ultraheli ajaloost, saab seda jälgida 1793. aastast. Sel ajal avastas Itaalia teadlane Spallanzani katsete kaudu, et nahkhiired kasutavad ultrahelilaineid oma ümbruse tunnetamiseks, paljastades sellega ultraheli müsteeriumi. Hiljem, tehnoloogia arenguga, rakendati ultraheli laialdaselt sellistes valdkondades nagu tuvastamine, mõõtmine ja ravim. Tööstusliku tootmise korral on eriti oluline taseme mõõtmine. Tase mõõtmine viitab materjalide kõrguse mõõtmisele konteinerites või ruumides, näiteks vedelikes ja granulaarsete ainete mõõtmiseks. Taseme mõõtmise kaudu saame teada, kui palju materjali on konteineris, tagades sellega materiaalse tasakaalu tootmisprotsessis. Kui taset saab täpselt juhtida, saab see tagada ka toodete väljundi ja kvaliteedi ning tagada ohutu tootmine. Niisiis, kuidas kasutatakse ultraheli taseme mõõtmisel?

Lihtsamalt öeldes on ultrahelilainetel vedelike ja tahkete ainete sumbumine väga vähe ning neil on äärmiselt tugev läbitungiv võime. Eriti läbipaistmatute tahkete ainete valguse korral võivad nad tungida mitme kümne meetri kaugusele. Pealegi on ultrahelilainetel tugev suund ja neid saab suunata suunas. Mõõtmise ajal kiirgab andur ultrahelilaineid. Kui lained puutuvad kokku materjali pinnaga, peegeldavad need tagasi. Pärast seda, kui andur on peegeldunud laine vastu võtnud, saab see vahemaa kindlaks määrata, arvutades ajavahe ja seeläbi vedeliku taseme kõrguse. Kogu mõõtmisprotsess ei nõua otsest kontakti mõõdetud söötmega, seega sobib see väga söövitavaks ja erosiivseks keskkonnas ning seda kasutatakse laialdaselt sellistes tööstusharudes nagu keemiatehnika, nafta, toit, farmaatsiatooted ja keskkonnakaitse.

Järgmisena vaatame ultraheli taseme mõõturi tööpõhimõtet. Üldiselt koosneb ultraheli taseme gabariit muundurist, signaalitöötluse seadmest ja kuvari- või väljundmoodulist. Konkreetsed mõõtmisetapid on järgmised:

1. ** Ultraheli emissioon **: ultraheli tasememõõtur kiirgab sondi kaudu fikseeritud kiirusel sihtmaterjali pinna suunas fikseeritud kiirusel, näiteks viis korda iga kahe sekundi tagant.
2. ** Ultraheli levik **: Ultrahelilained levivad õhus teatud kiirusel. Kui nad materiaalse pinnaga kokku puutuvad, peegelduvad mõned neist kaja moodustamiseks. Kaja intensiivsus ja tagasisaatmisaeg on seotud sihtpinna omadustega.
3. ** Peegelduslaine vastuvõtt **: sond võtab vastu ultrahelilaine signaalid, mis peegelduvad materjali pinnalt ja muundab need elektrilisteks signaalideks. Samal ajal mõõdab see ultraheli pulsi reisimiseks kuluvat aega.
4. ** Taseme arvutamine **: mõõtes ultraheli impulsi levikuaega, arvutage ajavahe emissioonist vastuvõtule ja seejärel kasutage valemit, et arvutada vahemaa andurist materjali pinnale. Valem on: d {= v × Δt ÷ 2, kus v on heli kiirus söötmes, ΔT on ajaline erinevus ultrahelilaine emissioonist kaja vastuvõtmiseni ja D on vahemaa andurist materjali pinnale. Lisaks, kuna mahuti geomeetrilised kuju ja kõrguse parameetrid on teada, saab taseme kõrguse arvutada valemi l=e - d abil, kus L on mõõdetud taseme kõrgus, E on kaugus anduri paigaldamise alusest kuni konteineri põhjani (mis on tühja paagi kõrguse kõrguse kõrguse kõrgus) ja D -materjalist).

Kuid praktilistes rakendustes tuleb siiski märkida. Esiteks mõjutavad heli kiirust keskmised ja keskkonnatingimused, nagu temperatuur, rõhk, niiskus jne. Näiteks õhus, iga temperatuuri suurenemise korral suureneb heli kiirus umbes 0. 6 meetrit sekundis. Seetõttu paigaldatakse tegelike mõõtmiste korral temperatuuri andurid temperatuuri kompensatsiooni jaoks, et tagada mõõtmise täpsus. Teiseks ei pruugi ultrahelilained levida vaakumis ega äärmuslikes rõhutingimustes, seetõttu tuleb hoolikalt kaaluda ka kohaldatavat keskkonda.

Lisaks on väga oluline ka ultraheli anduri paigaldusasend ja orientatsioon. Andur tuleks joondada mõõdetud materjali pinnaga ja kajade häirete vältimiseks tuleks takistusi võimalikult palju vältida. Kui anumas on segaja või muud struktuurid, võib genereerida valed kajad. Sel ajal tuleb õigete kajade tuvastamiseks kasutada signaalitöötluse tehnoloogiat. Lisaks võivad õhus sisalduvad tolm, aur või vaht mõjutada ka ultrahelilainete levikut ja peegeldust. Sellistel juhtudel võib sekkumise käsitlemiseks vaja olla muid meetmeid.

Lõpuks on üks väike detail, mis vajab tähelepanu: ultraheli taseme arvestil on sondi lähedal teatud vahemaa, mida ei saa mõõta. Selle põhjuseks on asjaolu, et kiirgatud ultraheliimpulsil on teatud aja laius ja anduril on pärast ultrahelilaine kiirgamist endiselt jääkvibratsioonid. Sel perioodil ei saa peegeldunud kaja tuvastada. Seda kaugust nimetatakse pimedaks tsooniks. Seetõttu ei tohiks mõõdetud materjali kõrgeim osa siseneda anduri pimedasse tsooni.