Βιομηχανικά αυτιά: Πώς οι υπερήχους «ακούνε» αλλάζουν σε επίπεδο υγρού

Βιομηχανικά αυτιά: Πώς ο υπερηχογράφημα "ακούει" αλλάζει σε επίπεδο υγρού

Ας μιλήσουμε για τα υπερηχητικά κύματα. Το εύρος συχνοτήτων που μπορούμε να ακούσουμε είναι περίπου μεταξύ 20 hertz και 20, 000 hertz. Ωστόσο, η συχνότητα των υπερηχητικών κυμάτων είναι πολύ υψηλότερη, συνήθως κυμαίνεται από 20 kilohertz έως 100 megahertz. Ως εκ τούτου, τα αυτιά μας δεν μπορούν να ανιχνεύσουν υπερηχητικά κύματα. Στην πραγματικότητα, τα υπερηχητικά κύματα είναι ένας τύπος μηχανικού κύματος. Μπορούν να διαδοθούν σε ελαστικά μέσα και, λόγω της υψηλής συχνότητας και του μικρού μήκους κύματος τους, έχουν ισχυρή κατεύθυνση, σημαντική ενέργεια και ισχυρή διεισδυτική ισχύ κατά τη διάρκεια της διάδοσης.

Καλώς ήλθατε στο εργαστήριο μέτρησης και ελέγχου Solidat. Είμαι ο διαχειριστής μέτρησης και ελέγχου του οργάνου και του εξοπλισμού σας. Σήμερα, ας μιλήσουμε για την εφαρμογή των υπερηχητικών κυμάτων σε μέτρηση επιπέδου.

Όταν πρόκειται για την ιστορία του υπερήχου, μπορεί να ανιχνευθεί από το 1793. Την εποχή εκείνη, ένας Ιταλός επιστήμονας, Spallanzani, ανακαλύφθηκε μέσω πειραμάτων ότι οι νυχτερίδες χρησιμοποιούν υπερηχητικά κύματα για να αισθανθούν το περιβάλλον τους, αποκαλύπτοντας έτσι το μυστήριο του υπερήχου. Αργότερα, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, ο υπερηχογράφος εφαρμόστηκε ευρέως σε τομείς όπως η ανίχνευση, η μέτρηση και η ιατρική. Στη βιομηχανική παραγωγή, η μέτρηση επιπέδου είναι ιδιαίτερα σημαντική. Η μέτρηση επιπέδου αναφέρεται στη μέτρηση του ύψους των υλικών σε δοχεία ή χώρους, όπως υγρά και κοκκώδη στερεά. Μέσα από τη μέτρηση του επιπέδου, μπορούμε να γνωρίζουμε πόσο υλικό βρίσκεται στο δοχείο, εξασφαλίζοντας έτσι την υλική ισορροπία στη διαδικασία παραγωγής. Εάν το επίπεδο μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια, μπορεί επίσης να εξασφαλίσει την έξοδο και την ποιότητα των προϊόντων, καθώς και να εξασφαλίσει την ασφαλή παραγωγή. Λοιπόν, πώς χρησιμοποιείται ο υπερήχων στη μέτρηση επιπέδου;

Με απλά λόγια, τα υπερηχητικά κύματα έχουν πολύ λίγη εξασθένηση σε υγρά και στερεά και έχουν εξαιρετικά ισχυρή διεισδυτική ικανότητα. Ειδικά σε αδιαφανή στερεά στο φως, μπορούν να διεισδύσουν σε μια απόσταση αρκετών δεκάδων μέτρων. Επιπλέον, τα υπερηχητικά κύματα έχουν ισχυρή κατεύθυνση και μπορούν να εκπέμπονται κατευθυντικά. Κατά τη διάρκεια της μέτρησης, ο αισθητήρας εκπέμπει υπερηχητικά κύματα. Όταν τα κύματα συναντούν την επιφάνεια του υλικού, θα αντανακλούν πίσω. Αφού ο αισθητήρας λάβει το ανακλώμενο κύμα, μπορεί να καθορίσει την απόσταση υπολογίζοντας τη διαφορά χρόνου και έτσι να αποκτήσει το ύψος της στάθμης του υγρού. Η όλη διαδικασία μέτρησης δεν απαιτεί άμεση επαφή με το μετρούμενο μέσο, ​​επομένως είναι πολύ κατάλληλο για διαβρωτικό και διαβρωτικό περιβάλλον και χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανίες όπως η χημική μηχανική, το πετρέλαιο, τα τρόφιμα, τα φαρμακευτικά προϊόντα και η προστασία του περιβάλλοντος.

Στη συνέχεια, ας ρίξουμε μια ματιά στην αρχή λειτουργίας του μετρητή υπερήχων. Σε γενικές γραμμές, ένας μετρητής υπερήχων αποτελείται από έναν μορφοτροπέα, μια μονάδα επεξεργασίας σήματος και μια μονάδα οθόνης ή εξόδου. Τα συγκεκριμένα βήματα μέτρησης είναι τα εξής:

1. ** Η υπερηχητική εκπομπή **: Ο μετρητής επιπέδου υπερήχων εκπέμπει υπερήχους παλμούς με σταθερή ταχύτητα προς την επιφάνεια του υλικού στόχου μέσω του καθετήρα, για παράδειγμα, πέντε φορές κάθε δύο δευτερόλεπτα.
2. ** Η υπερηχητική διάδοση **: Τα υπερηχητικά κύματα διαδίδονται με ορισμένη ταχύτητα στον αέρα. Όταν συναντούν την επιφάνεια του υλικού, μερικά από αυτά θα αντικατοπτρίζονται πίσω για να σχηματίσουν μια ηχώ. Ο χρόνος έντασης και επιστροφής της ηχώ σχετίζεται με τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας στόχου.
3. ** Λήψη κύματος ανάκλασης **: Ο ανιχνευτής λαμβάνει τα σήματα υπερήχων κύματος που αντικατοπτρίζονται από την επιφάνεια του υλικού και τα μετατρέπει σε ηλεκτρικά σήματα. Ταυτόχρονα, μετράει το χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει ο υπερηχητικός παλμός.
4. ** Επίπεδο υπολογισμού **: Με τη μέτρηση του χρόνου διάδοσης του υπερηχητικού παλμού, υπολογίστε τη διαφορά χρόνου από την εκπομπή έως τη λήψη και στη συνέχεια χρησιμοποιήστε τον τύπο για να υπολογίσετε την απόσταση από τον αισθητήρα στην επιφάνεια του υλικού. Ο τύπος είναι: D=V × Δt ÷ 2, όπου V είναι η ταχύτητα του ήχου στο μέσο, ​​το δt είναι η χρονική διαφορά από την εκπομπή του υπερηχητικού κύματος στην υποδοχή της ηχώ και το D είναι η απόσταση από τον αισθητήρα στην επιφάνεια του υλικού. Επιπλέον, δεδομένου ότι οι παράμετροι γεωμετρικού σχήματος και ύψους του δοχείου είναι γνωστές, το ύψος του επιπέδου μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο L {{3} e -d, όπου L είναι το μετρούμενο ύψος στάθμης, e είναι η απόσταση από τη βάση εγκατάστασης του αισθητήρα στο κάτω μέρος του δοχείου (που είναι το κενό ύψος της δεξαμενής ή το ύψος της δεξαμενής) και το D είναι η απόσταση από τον αισθητήρα στην επιφάνεια του υλικού.

Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα σημεία που πρέπει να σημειωθούν σε πρακτικές εφαρμογές. Πρώτον, η ταχύτητα του ήχου επηρεάζεται από τις μεσαίες και περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως η θερμοκρασία, η πίεση, η υγρασία κλπ. Για παράδειγμα, στον αέρα, για κάθε 1 βαθμό αύξηση της θερμοκρασίας, η ταχύτητα του ήχου θα αυξηθεί κατά περίπου 0 6 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Επομένως, σε πραγματικές μετρήσεις, οι αισθητήρες θερμοκρασίας είναι συνήθως εγκατεστημένοι για αντιστάθμιση θερμοκρασίας για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια μέτρησης. Δεύτερον, τα υπερηχητικά κύματα ενδέχεται να μην είναι σε θέση να διαδοθούν σε κενό ή υπό ακραίες συνθήκες πίεσης, οπότε το εφαρμοστέο περιβάλλον πρέπει επίσης να εξεταστεί προσεκτικά.

Επιπλέον, η θέση εγκατάστασης και ο προσανατολισμός του υπερηχητικού αισθητήρα είναι επίσης πολύ σημαντικοί. Ο αισθητήρας πρέπει να ευθυγραμμίζεται με την επιφάνεια του μετρούμενου υλικού και τα εμπόδια πρέπει να αποφεύγονται όσο το δυνατόν περισσότερο για να αποφευχθεί η παρεμβολή στις ηχώ. Εάν υπάρχει αναδευτήρας ή άλλες δομές μέσα στο δοχείο, μπορούν να δημιουργηθούν ψευδείς ηχώ. Αυτή τη στιγμή, η τεχνολογία επεξεργασίας σήματος πρέπει να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό των σωστών ηχώ. Επιπλέον, η σκόνη, ο ατμός ή ο αφρός στον αέρα μπορεί επίσης να επηρεάσουν τη διάδοση και την αντανάκλαση των υπερηχητικών κυμάτων. Σε τέτοιες περιπτώσεις, μπορεί να χρειαστεί να ληφθούν και άλλα μέτρα για την αντιμετώπιση της παρέμβασης.

Τέλος, υπάρχει μία μικρή λεπτομέρεια που χρειάζεται προσοχή: ο μετρητής επιπέδου υπερήχων έχει μια ορισμένη απόσταση κοντά στον ανιχνευτή που δεν μπορεί να μετρηθεί. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο εκπεμπόμενος υπερηχητικός παλμός έχει ένα ορισμένο χρονικό πλάτος και ο αισθητήρας θα έχει ακόμα υπολειπόμενες δονήσεις μετά την εκπομπή του υπερηχητικού κύματος. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η αντανακλασμένη ηχώ δεν μπορεί να ανιχνευθεί. Αυτή η απόσταση ονομάζεται τυφλή ζώνη. Επομένως, το υψηλότερο μέρος του μετρούμενου υλικού δεν πρέπει γενικά να εισέλθει στην τυφλή ζώνη του αισθητήρα.