I. Messprinzip
Ein Ultraschallwandler besteht aus piezoelektrisches Keramikmaterial. Die Messung erfolgt durch den Umwandlungsprozess elektrische Energie in mechanische Energie und anschließend wieder in elektrische Energie, basierend auf dem Zeitaufwand für diese Umrechnung.
Mit anderen Worten: Das Funktionsprinzip eines Ultraschallwandlers besteht darin, Ultraschallwellen aussenden und reflektierte Echos empfangen. Durch die genaue Messung der Zeitdifferenz t zwischen der Aussendung von Ultraschallwellen und dem Empfang des Echos sowie die Kombination dieser beiden Vorgänge mit Schallgeschwindigkeitskompensation (C) Ausgehend von der Umgebungstemperatur wird die Messentfernung anhand der folgenden Formel berechnet:
D = C × t / 2
II. Probleme bei der praktischen Anwendung
| Problem | Phänomen und Ursache | Lösungen |
| Steam-Umgebung | Phänomen: Der Flüssigkeitsstand wird oft nicht erfasst. Grund: In Dampfumgebungen ist die akustische Impedanz des Mediums hoch, und es kommt zu Brechung und Reflexion, was zu einer übermäßigen Dämpfung der Ultraschallwellen führt. | ●Verwenden Sie ein nicht-invasiver (außen montierter) Ultraschall-Füllstandssensor von unten aus zu messen und das Dampfmedium zu vermeiden. ●Durch ein Fern-Antikondensationssensor, wobei die Sendeleistung erhöht wird, damit das Echo erfasst werden kann. ●Verwenden Sie ein Tauch-Füllstandsmessumformer (druckbasiert) zur Messung des Flüssigkeitsstands. |
| Staubige Umgebung (in der Regel feste Stoffe) | Phänomen: Der Füllstand kann nicht erfasst werden. Grund: Staub absorbiert Ultraschallwellen, und mit der Zeit sammelt sich Staub auf der Sensoroberfläche an. | ● Durch ein Fernsensor und regelmäßige Wartungsarbeiten durchführen. ●Installieren Sie ein Entlüftungssystem um einen staubfreien Raum zu schaffen. ●Verwenden Sie ein Radarfüllstandmessgerät, das von Staub und Schwebeteilchen nahezu unbeeinträchtigt bleibt. |
| Schaum auf der Flüssigkeitsoberfläche | Phänomen: Der gemessene Füllstand entspricht eher der Schaumoberfläche als dem tatsächlichen Flüssigkeitsstand, oder der Füllstand kann nicht erfasst werden. Grund: Schaum besteht aus zahlreichen Blasen unterschiedlicher Größe. Wenn Ultraschallwellen in die Schaumschicht eintreten, kommt es an den Gas-Flüssigkeits-Grenzflächen zu kontinuierlicher diffuser Reflexion und Brechung. | ●Verwenden Sie ein nicht-invasiver Ultraschall-Füllstandssensor von unten aus zu messen und den Einfluss des Schaums zu vermeiden. ●Verwenden Sie ein kapazitiver Füllstandsmessumformer, das die durch die Flüssigkeit erzeugte Kapazität direkt misst und nicht durch Schaum beeinflusst wird. ●Verwenden Sie ein Tauch-Füllstandsmessumformer (druckbasiert) zur Messung des Flüssigkeitsstands. |
| Unruhige Zustände | Phänomen: Falsche Messwerte oder keine Erkennung des Füllstands. Grund: Starke Schwankungen der Flüssigkeitsoberfläche und eine Neigung der Oberfläche verändern den Echoweg, wodurch sich die Weglänge verlängert und die Signalstärke abnimmt. | ●Verwenden Sie ein kapazitiver Füllstandsmessumformer, die weder von Schwankungen der Flüssigkeitsoberfläche noch von Neigungen beeinflusst wird. ●Verwenden Sie ein Tauch-Füllstandsmessumformer (druckbasiert) zur Messung des Flüssigkeitsstands. |
| Kontakt der Sonde mit Metall | Phänomen: Falsche Messwerte. Grund: Die von der Sonde ausgesendeten Ultraschallwellen werden beim Kontakt mit Metall stark reflektiert, und die Metallschwingungen beeinträchtigen weiterhin die Messung. | ● Befestigen Sie den Sensor nicht direkt auf Metall; verwenden Sie eine Kunststoffadapter oder -halterung. ●Falls eine Montage auf Metall unvermeidbar ist, fügen Sie Folgendes hinzu: Gummidichtungen. Reicht eine Dichtung nicht aus, sollten mehrere Dichtungen verwendet werden. |
III. Der Begriff des Strahlwinkels
Die Abstrahlwinkel Der Begriff „Ultraschallwellen“ bezieht sich auf die Eingeschlossener Winkel des konischen Bereichs in dem sich die Ultraschallenergie während der Ausbreitung hauptsächlich konzentriert.
Es ist ein Kernparameter von Ultraschall-Füllstandsmessgeräten und Punktfüllstandsmessgeräten (Einheit: Grad °), zur Bestimmung des Ultraschall-Erfassungsbereichs. Außerdem dient dieser Wert als wichtige Orientierungshilfe, um Metallkonstruktionen und Rührwerke bei der Installation zu vermeiden.
Zusammenhang zwischen Strahlwinkel und Frequenz:
Bei Sonden gleicher Größe, Eine höhere Frequenz führt zu einem kleineren Strahlwinkel..
IV. Messbereich und Totzone
Messbereich
Der Messbereich bezieht sich auf den maximale Entfernung, die die Sonde effektiv messen kann. Eine Überschreitung des Messbereichs kann dazu führen, dass keine Messung erfolgt oder die Messung ungenau ist.
In der Praxis wird im Allgemeinen empfohlen, den tatsächlich benötigten Messbereich auf 10%–20% außerhalb des im Datenblatt angegebenen Nennbereichs.
Der Messbereich hängt ab von Sendeleistung und Empfangsempfindlichkeit. Je höher die Sendeleistung und je besser die Empfangsempfindlichkeit, desto größer ist die Messreichweite. Im Allgemeinen gilt:, Niederfrequenzsonden können eine höhere Sendeleistung erzielen, weshalb Sonden mit größeren Messbereichen in der Regel mit niedrigeren Frequenzen arbeiten.
Toter Winkel
Der Messblindbereich bezeichnet den Bereich direkt unterhalb der Sonde, in dem keine genaue Messung möglich ist. Bei Messungen von Entfernungen, die kürzer sind als der Messblindbereich, kommt es zu ungenauen Messergebnissen oder zu einem Messfehler.
In der Praxis wird im Allgemeinen empfohlen, die tatsächlich erforderliche Blindzone auf 10%–20% kleiner als die im Datenblatt angegebene Blindzone.
Das Wesentliche an der toten Ecke ist Restschwingung der piezoelektrischen Keramik. Befindet sich das Messobjekt zu nahe an der Sonde, kann der Sensor nicht zwischen ausgesendeten Wellen und zurückkehrenden Echos unterscheiden, was zu einem Messfehler führt.
Im Allgemeinen, Sonden mit höherer Frequenz weisen eine geringere Sendeleistung und geringere Restschwingungen auf, was zu einem kleineren toten Winkel führt. Das erklärt, warum Der Messbereich und die Totzone eines Ultraschallsensors sind stets proportional zueinander..
V. Ultraschallfrequenz
Die Ultraschallfrequenz eines Füllstands- oder Punktfüllstandssensors bezieht sich auf die mechanische Schwingung Frequenz der von der Sonde ausgesendeten Ultraschallwellen, gemessen in Kilohertz (kHz).
Die meisten KACISE-Ultraschallsonden arbeiten im Frequenzbereich von 30 bis 200 kHz und decken Messbereiche von 15 m bis 1 m ab, wobei die Totzonen zwischen 0,6 m und 0,1 m liegen.
Zusammenhang zwischen Ultraschallfrequenz und Genauigkeit
Ultraschallwellen mit höherer Frequenz haben kürzere Wellenlängen, wodurch kleine Veränderungen an der reflektierenden Oberfläche besser erkannt werden können, was zu einer höheren Auflösung und absoluten Genauigkeit führt.
Ultraschallwellen mit niedrigerer Frequenz weisen längere Wellenlängen, eine geringere Auflösung und eine relativ geringere absolute Genauigkeit auf.
Die absolute Genauigkeit bezeichnet die absolute Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert und dem Messwert. In Datenblättern wird die Genauigkeit in der Regel als Prozentsatz des Skalenendwerts (FS) angegeben..
