I. Principio de medición
Un transductor ultrasónico está hecho de material cerámico piezoeléctrico. La medición se logra mediante el proceso de conversión energía eléctrica en energía mecánica y luego volver a la energía eléctrica, basado en el tiempo necesario para esta conversión.
En otras palabras, el principio de trabajo de un transductor ultrasónico es emitir ondas ultrasónicas y recibir ecos reflejados. Medindo con precisión la diferencia de tiempo t entre transmisión de onda ultrasónica y recepción de eco, y combinando esto con compensación de velocidad de sonido (C) basado en la temperatura ambiente, la distancia de medición se calcula utilizando la siguiente fórmula:
D = C × t / 2
II. Problemas encontrados en aplicaciones prácticas
| Problema | Fenomenón y Causa | Soluciones |
| Steam Environment | Fenómeno: El nivel líquido a menudo no se detecta. Causa: En ambientes de vapor, la impedancia acústica del medio es alta, y se producen refracción y reflexión, lo que da lugar a una atenuación excesiva de las ondas ultrasónicas. | ●Use a sensor de nivel ultrasónico no invasivo (superficie externa) para medir desde abajo y evitar el medio de vapor. ● Reemplazar con un sensor anticondensación de largo alcance, aumentando el poder de transmisión para que el eco pueda ser detectado. ●Use a transmisor de nivel sumergible (basado en presión) para medir el nivel líquido. |
| Ambiente de polvo (Típicamente Materiales sólidos) | Fenómeno: No se puede detectar el nivel. Causa: El polvo absorbe ondas ultrasónicas, y con el tiempo el polvo se acumula en la cara del sensor. | ● Reemplazar con un sensor de largo alcance y realizar mantenimiento regular. ●Install an sistema de purga de aire crear un espacio libre de polvo. ●Use a medidor de radar, que casi no se ve afectada por el polvo y las partículas suspendidas. |
| Foam on Liquid Surface | Fenómeno: El nivel medido corresponde a la superficie de espuma en lugar del nivel líquido real, o el nivel no se puede detectar. Causa: Foam consta de numerosas burbujas de diferentes tamaños. Cuando las ondas ultrasónicas entran en la capa de espuma, la reflexión y refracción continuas difusas ocurren en interfaces gas-liquid. | ●Use a sensor de nivel ultrasónico no invasivo para medir desde el fondo y evitar la influencia de la espuma. ●Use a transmisor de nivel capacitivo, que mide directamente la capacitancia generada por el líquido y no se ve afectada por la espuma. ●Use a transmisor de nivel sumergible (basado en presión) para medir el nivel líquido. |
| Condiciones agitadas | Fenómeno: Valores de medición incorrectos o incapacidad para detectar nivel. Causa: La fluctuación de la superficie líquida y la inclinación de la superficie alteran la trayectoria del eco, aumentando la longitud de la ruta y reduciendo la fuerza de la señal. | ●Use a transmisor de nivel capacitivo, que no se ve afectada por fluctuación o inclinación de la superficie líquida. ●Use a transmisor de nivel sumergible (basado en presión) para medir el nivel líquido. |
| Probe Contacto con Metal | Fenómeno: Valores de medición incorrectos. Causa: Las ondas ultrasónicas emitidas por la sonda experimentan una fuerte reflexión al ponerse en contacto con el metal, y la vibración metálica continúa interfiriendo con la medición. | ● No montar el sensor directamente en metal; utilizar un adaptador de plástico o soporte. ●Si la instalación en metal es inevitable, añadir juntas de aislamiento de gomaSi una junta es insuficiente, deben usarse múltiples juntas. |
III. Concepto de Beam Angle
El Beam Angle de ondas ultrasónicas se refiere a ángulo incluido de la región cónica en la que la energía ultrasónica se concentra principalmente durante la propagación.
Es una parámetro núcleo de instrumentos de nivel ultrasónico y nivel de puntos (unidad: grados °), determinando el área de cobertura ultrasónica. También es una referencia clave para evitar estructuras metálicas y agitadores durante la instalación.
Relación entre ángulo de haz y frecuencia:
Para sondas del mismo tamaño, mayor frecuencia resulta en un ángulo de haz más pequeño.
IV. Rango de medición y zona de ciego
Rango de medición
El rango de medición se refiere al distancia máxima que la sonda puede medir eficazmente. Exceeding the measurement range may result in no measurement or inaccurate measurement.
En aplicaciones prácticas, se recomienda en general el rango de medición requerido real 10%–20% mayor que el rango nominal especificado en la hoja de datos.
El rango de medición está relacionado con potencia de transmisión y recepción de sensibilidad. Cuanto mayor sea la potencia de transmisión y mejor la sensibilidad de recepción, mayor será el rango de medición. Generalmente, Las sondas de baja frecuencia pueden lograr una mayor potencia de transmisión, por lo que son las sondas con mayores rangos de medición normalmente funcionan en frecuencias inferiores.
Ángulo muerto
La zona ciega se refiere a la distancia directamente debajo de la sonda donde la medición exacta no es posible. La medición de distancias más cortas que la zona ciega resultará en mediciones inexactas o fallidas.
En aplicaciones prácticas, se recomienda generalmente que la zona ciega requerida sea real 10%–20% menor que la zona ciega especificada en la hoja de datos.
La esencia de la zona ciega es vibración residual de la cerámica piezoeléctrica. Si el objeto medido está demasiado cerca de la sonda, el sensor no puede distinguir entre ondas transmitidas y ecos retornados, causando fallo de medición.
Generalmente, sondas de alta frecuencia tienen menor potencia de transmisión y menor vibración residual, resultando en una zona ciega más pequeña. Esto explica por qué rango de medición de sensores ultrasónicos y zona ciega son siempre proporcionales.
V. Frecuencia ultrasónica
La frecuencia ultrasónica de un sensor de nivel o nivel de punto se refiere a la vibración mecánica frecuencia de ondas ultrasónicas emitidas por la sonda, medida en kilohertz (kHz).
La mayoría de las sondas ultrasónicas KACISE operan dentro de la gama de 30–200 kHz, cubriendo rangos de medición de 15 m a 1 m, con zonas ciegas de 0,6 m a 0,1 m.
Relación entre la frecuencia ultrasónica y la precisión
Las ondas ultrasónicas de mayor frecuencia tienen longitudes de onda más cortas, lo que permite una mejor detección de pequeños cambios en la superficie reflectante, dando lugar a una mayor resolución y precisión absoluta.
Las ondas ultrasónicas de baja frecuencia tienen longitudes de onda más largas, menor resolución y menor precisión absoluta.
Referencia absoluta entre el valor real y el valor medido. En hojas de datos, la precisión se expresa normalmente como porcentaje de escala completa (FS).
