I. Princip měření
Ultrazvukový měnič je vyroben z piezoelektrický keramický materiál. Měření se provádí prostřednictvím procesu převodu elektrickou energii na mechanickou energii a poté zpět na elektrickou energii, a to na základě času potřebného k tomuto převodu.
Jinými slovy, princip fungování ultrazvukového měniče spočívá v tom, že vysílat ultrazvukové vlny a přijímat odražené ozvěny. Přesným měřením časového rozdílu t mezi vysíláním ultrazvukových vln a příjmem ozvěny a kombinací tohoto jevu s kompenzace rychlosti zvuku (C) V závislosti na okolní teplotě se měřicí vzdálenost vypočítá podle následujícího vzorce:
D = C × t / 2
II. Problémy, s nimiž se setkáváme při praktickém použití
| Problém | Jev a příčina | Řešení |
| Prostředí Steam | Jev: Hladina kapaliny často není detekována. Příčina: V parních prostředích je akustická impedance média vysoká, dochází k lomu a odrazu, což má za následek nadměrné útlum ultrazvukových vln. | ●Použijte neinvazivní (externě namontovaný) ultrazvukový snímač hladiny měřit od dna a vyhnout se parní fázi. ●Nahraďte za senzor proti kondenzaci s velkým dosahem, čímž se zvýší vysílací výkon, aby bylo možné zachytit ozvěnu. ●Použijte ponorný snímač hladiny (na principu tlaku) k měření hladiny kapaliny. |
| Prašné prostředí (obvykle pevné látky) | Jev: Úroveň nelze zjistit. Příčina: Prach pohlcuje ultrazvukové vlny a v průběhu času se na povrchu snímače hromadí. | ● Nahraďte za senzor s velkým dosahem a provádět pravidelnou údržbu. ●Nainstalujte systém proplachování vzduchem aby se vytvořil prostor bez prachu. ●Použijte radary, na který má prach a suspendované částice téměř žádný vliv. |
| Pěna na hladině kapaliny | Jev: Naměřená hladina odpovídá spíše povrchu pěny než skutečné hladině kapaliny, jinak nelze hladinu zjistit. Příčina: Pěna se skládá z mnoha bublin různých velikostí. Když ultrazvukové vlny proniknou do vrstvy pěny, dochází na rozhraní plyn–kapalina k neustálému difúznímu odrazu a lomu. | ●Použijte neinvazivní ultrazvukový snímač hladiny měřit od dna a zabránit vlivu pěny. ●Použijte kapacitní snímač hladiny, který přímo měří kapacitu vyvolanou kapalinou a není ovlivněn pěnou. ●Použijte ponorný snímač hladiny (na principu tlaku) k měření hladiny kapaliny. |
| Rozbouřené podmínky | Jev: Nesprávné naměřené hodnoty nebo nemožnost detekce hladiny. Příčina: Náhlé kolísání hladiny kapaliny a její sklon mění dráhu signálu, čímž se prodlužuje délka dráhy a snižuje síla signálu. | ●Použijte kapacitní snímač hladiny, na kterou nemají vliv kolísání hladiny kapaliny ani její sklon. ●Použijte ponorný snímač hladiny (na principu tlaku) k měření hladiny kapaliny. |
| Kontakt sondy s kovem | Jev: Nesprávné naměřené hodnoty. Příčina: Ultrazvukové vlny vysílané sondou se při kontaktu s kovem silně odrážejí a vibrace kovu nadále narušují měření. | ● Senzor nemontujte přímo na kov; použijte plastový adaptér nebo držák. ●Pokud nelze instalaci na kovový povrch vyhnout, přidejte gumová izolační těsnění. Pokud jedno těsnění nestačí, je třeba použít více těsnění. |
III. Pojem úhel vyzařování
Př úhel paprsku ultrazvukových vln se vztahuje k vnitřní úhel kuželovité oblasti ve kterém se při šíření soustřeďuje především ultrazvuková energie.
Je to klíčový parametr ultrazvukových hladinoměrů a bodových hladinoměrů (jednotka: stupně °), které určují oblast pokrytí ultrazvukem. Jedná se rovněž o klíčový údaj pro zohlednění kovových konstrukcí a míchadel při instalaci.
Vztah mezi úhlem vyzařování a frekvencí:
U sond stejné velikosti, vyšší frekvence vede k menšímu úhlu svazku.
IV. Rozsah měření a slepá zóna
Rozsah měření
Rozsah měření se vztahuje na maximální vzdálenost, kterou může sonda účinně měřit. Překročení měřicího rozsahu může mít za následek, že se měření neprovede nebo že bude nepřesné.
V praxi se obecně doporučuje, aby skutečný požadovaný měřicí rozsah činil 10%–20% – hodnota vyšší než jmenovitý rozsah uvedený v technickém listu.
Rozsah měření souvisí s vysílací výkon a citlivost příjmu. Čím větší je vysílací výkon a čím lepší je citlivost příjmu, tím větší je měřicí dosah. Obecně platí, že, nízkofrekvenční sondy mohou dosáhnout vyššího vysílacího výkonu, a proto sondy s větším měřicím rozsahem obvykle pracují na nižších frekvencích.
Slepá zóna
Slepá zóna označuje vzdálenost přímo pod sondou, ve které není možné provést přesné měření. Při měření vzdáleností kratších než je slepá zóna dojde k nepřesnému měření nebo k selhání měření.
V praxi se obecně doporučuje, aby skutečná požadovaná slepá zóna činila 10%–20% je menší než slepá zóna uvedená v technickém listu.
Podstatou slepé zóny je zbytkové vibrace piezoelektrické keramiky. Pokud je měřený objekt příliš blízko sondy, snímač nedokáže rozlišit mezi vysílanými vlnami a zpětnými ozvěnami, což vede k selhání měření.
Obecně platí, že, Sondy s vyšší frekvencí mají nižší vysílací výkon a menší zbytkové vibrace, což vede k menší slepé zóně. To vysvětluje, proč Měřicí rozsah a slepá zóna ultrazvukového senzoru jsou vždy úměrné.
V. Ultrazvuková frekvence
Ultrazvuková frekvence hladinového nebo bodového snímače se vztahuje k mechanickým vibracím frekvence ultrazvukových vln vysílaných sondou, měřená v kilohertzech (kHz).
Většina ultrazvukových sond KACISE pracuje v rozsahu 30–200 kHz, pokrývá měřicí rozsahy od 15 m do 1 m a má slepé zóny v rozmezí od 0,6 m do 0,1 m.
Vztah mezi ultrazvukovou frekvencí a přesností
Ultrazvukové vlny s vyšší frekvencí mají kratší vlnové délky, což umožňuje lepší detekci drobných změn na odrazovém povrchu, což vede k vyššímu rozlišení a absolutní přesnosti.
Ultrazvukové vlny s nižší frekvencí mají delší vlnové délky, nižší rozlišení a relativně nižší absolutní přesnost.
Absolutní přesnost označuje absolutní rozdíl mezi skutečnou hodnotou a naměřenou hodnotou. V technických listech se přesnost obvykle uvádí jako procento z plného rozsahu (FS)..
