I. Principe de mesure
Un transducteur à ultrasons est constitué de matériau céramique piézoélectrique. La mesure s'effectue par le biais d'un processus de conversion l'énergie électrique en énergie mécanique, puis à nouveau en énergie électrique, en fonction du temps nécessaire à cette conversion.
En d'autres termes, le principe de fonctionnement d'un transducteur à ultrasons consiste à émettre des ondes ultrasonores et capter les échos réfléchis. En mesurant avec précision le décalage horaire t entre l'émission d'ondes ultrasonores et la réception de l'écho, et en combinant cela avec compensation de la vitesse du son (C) En fonction de la température ambiante, la distance de mesure est calculée à l'aide de la formule suivante :
D = C × t / 2
II. Problèmes rencontrés dans les applications pratiques
| Problème | Phénomène et cause | Solutions |
| Environnement Steam | Phénomène : Il arrive souvent que le niveau de liquide ne soit pas détecté. Motif : Dans les environnements à vapeur, l'impédance acoustique du milieu est élevée, ce qui entraîne des phénomènes de réfraction et de réflexion, provoquant une atténuation excessive des ondes ultrasonores. | ●Utilisez un capteur de niveau à ultrasons non invasif (à montage externe) pour mesurer à partir du fond et éviter le milieu de vapeur. ●Remplacer par un capteur anti-condensation à longue portée, en augmentant la puissance d'émission afin de pouvoir détecter l'écho. ●Utilisez un transmetteur de niveau submersible (par pression) pour mesurer le niveau d'un liquide. |
| Environnement poussiéreux (généralement des matières solides) | Phénomène : Le niveau ne peut pas être détecté. Motif : La poussière absorbe les ondes ultrasonores et, avec le temps, elle s'accumule sur la surface du capteur. | ● Remplacer par un capteur à longue portée et effectuer un entretien régulier. ●Installer un système de purge d'air pour créer un espace exempt de poussière. ●Utilisez un radar à niveaumètre, qui n'est pratiquement pas affecté par la poussière et les particules en suspension. |
| Mousse à la surface d'un liquide | Phénomène : Le niveau mesuré correspond à la surface de la mousse et non au niveau réel du liquide ; dans le cas contraire, le niveau ne peut pas être détecté. Motif : La mousse est constituée de nombreuses bulles de tailles variables. Lorsque des ondes ultrasonores pénètrent dans la couche de mousse, il se produit une réflexion et une réfraction diffuses et continues aux interfaces gaz-liquide. | ●Utilisez un capteur de niveau à ultrasons non invasif pour effectuer la mesure à partir du fond et éviter l'influence de la mousse. ●Utilisez un transmetteur de niveau capacitif, qui mesure directement la capacité générée par le liquide et n'est pas affecté par la mousse. ●Utilisez un transmetteur de niveau submersible (par pression) pour mesurer le niveau d'un liquide. |
| Conditions agitées | Phénomène : Valeurs de mesure erronées ou impossibilité de détecter le niveau. Motif : Les fluctuations violentes de la surface du liquide et l'inclinaison de celle-ci modifient le trajet de l'écho, ce qui augmente la longueur du trajet et réduit l'intensité du signal. | ●Utilisez un transmetteur de niveau capacitif, qui n'est pas affecté par les fluctuations de la surface du liquide ni par son inclinaison. ●Utilisez un transmetteur de niveau submersible (par pression) pour mesurer le niveau d'un liquide. |
| Contact de la sonde avec le métal | Phénomène : Valeurs de mesure erronées. Motif : Les ondes ultrasonores émises par la sonde subissent une forte réflexion lorsqu'elles entrent en contact avec le métal, et les vibrations du métal continuent de perturber la mesure. | ● Ne fixez pas le capteur directement sur du métal ; utilisez un adaptateur ou support en plastique. ●Si l'installation sur du métal est inévitable, ajoutez joints d'isolation en caoutchouc. Si un seul joint ne suffit pas, il convient d'en utiliser plusieurs. |
III. Notion d'angle de faisceau
Le angle de faisceau Le terme « ondes ultrasonores » désigne les angle inclus de la région conique dans laquelle l'énergie ultrasonore se concentre principalement lors de sa propagation.
C'est un paramètre principal des instruments de mesure de niveau par ultrasons et de niveau ponctuel (unité : degrés °), permettant de déterminer la zone de couverture ultrasonique. Il s'agit également d'une référence essentielle pour éviter les structures métalliques et les agitateurs lors de l'installation.
Relation entre l'angle du faisceau et la fréquence :
Pour des sondes de même taille, une fréquence plus élevée entraîne un angle de faisceau plus petit.
IV. Portée de mesure et zone morte
Plage de mesure
La plage de mesure correspond à la distance maximale que la sonde peut mesurer efficacement. Le dépassement de la plage de mesure peut entraîner l'absence de mesure ou une mesure inexacte.
Dans la pratique, il est généralement recommandé que la plage de mesure réellement nécessaire soit de 10%–20% : valeur supérieure à la plage nominale indiquée dans la fiche technique.
La plage de mesure dépend de puissance d'émission et sensibilité de réception. Plus la puissance d'émission est élevée et plus la sensibilité de réception est bonne, plus la portée de mesure est grande. En général, Les sondes à basse fréquence permettent d'atteindre une puissance d'émission plus élevée, c'est pourquoi les sondes dotées de plages de mesure plus étendues fonctionnent généralement à des fréquences plus basses.
Angle mort
La « zone morte » désigne la distance située directement sous la sonde, dans laquelle il n'est pas possible d'effectuer une mesure précise. La mesure de distances inférieures à la zone morte entraînera une mesure imprécise ou un échec de la mesure.
Dans la pratique, il est généralement recommandé de prévoir une zone morte effective de 10%–20% : valeur inférieure à la zone morte indiquée dans la fiche technique.
L'essence même de la zone d'angle mort, c'est vibration résiduelle de la céramique piézoélectrique. Si l'objet mesuré est trop proche de la sonde, le capteur ne peut pas distinguer les ondes émises des échos de retour, ce qui entraîne un échec de la mesure.
En règle générale, Les sondes à haute fréquence ont une puissance d'émission plus faible et des vibrations résiduelles réduites., ce qui réduit l'angle mort. Cela explique pourquoi La plage de mesure et la zone morte d'un capteur à ultrasons sont toujours proportionnelles.
V. Fréquence ultrasonique
La fréquence ultrasonique d'un capteur de niveau ou d'un capteur de niveau ponctuel correspond à la vibration mécanique fréquence des ondes ultrasonores émises par la sonde, exprimée en kilohertz (kHz).
La plupart des sondes à ultrasons KACISE fonctionnent dans une plage de fréquences comprise entre 30 et 200 kHz, couvrant des plages de mesure allant de 15 m à 1 m, avec des zones mortes comprises entre 0,6 m et 0,1 m.
Relation entre la fréquence ultrasonique et la précision
Les ondes ultrasonores de fréquence plus élevée ont des longueurs d'onde plus courtes, ce qui permet de mieux détecter les changements minimes sur la surface réfléchissante, d'où une résolution et une précision absolue supérieures.
Les ondes ultrasonores de basse fréquence ont des longueurs d'onde plus grandes, une résolution plus faible et une précision absolue relativement moins bonne.
La précision absolue correspond à la différence absolue entre la valeur réelle et la valeur mesurée. Dans les fiches techniques, la précision est généralement exprimée en pourcentage de la pleine échelle (FS)..
