I. Prinsip Pengukuran
Transduser ultrasonik diperbuat daripada bahan seramik piezoelektrik. Pengukuran dicapai melalui proses penukaran tenaga elektrik menjadi tenaga mekanikal dan kemudian kembali menjadi tenaga elektrik, berdasarkan masa yang diperlukan untuk penukaran ini.
Dengan kata lain, prinsip kerja transduser ultrasonik adalah untuk memancarkan gelombang ultrasonik dan menerima pantulan gema. Dengan mengukur perbezaan masa dengan tepat t antara penghantaran gelombang ultrasonik dan penerimaan pantulan, dan menggabungkannya dengan pampasan kelajuan bunyi (C) berdasarkan suhu persekitaran, jarak pengukuran dikira menggunakan formula berikut:
D = C × t / 2
II. Masalah yang Dihadapi dalam Aplikasi Praktikal
| Masalah | Fenomena dan Punca | Penyelesaian |
| Persekitaran Steam | Fenomena: Peringkat cecair sering tidak dikesan. Punca: Dalam persekitaran wap, impedans akustik medium adalah tinggi, dan pembiasan serta pantulan berlaku, mengakibatkan perlemahan berlebihan gelombang ultrasonik. | ●Gunakan a penderia paras ultrabunyi bukan invasif (dipasang pada bahagian luar) mengukur dari bahagian bawah dan mengelakkan medium wap. ●Gantikan dengan a penderia anti-kondensasi jarak jauh, meningkatkan kuasa penghantaran supaya gema dapat dikesan. ●Gunakan a pemancar aras selam (berasaskan tekanan) untuk mengukur paras cecair. |
| Persekitaran Berdebu (Biasanya Bahan Pepejal) | Fenomena: Tahap tidak dapat dikesan. Punca: Debu menyerap gelombang ultrasonik, dan dari masa ke masa debu terkumpul pada permukaan sensor. | ● Gantikan dengan a penderia jarak jauh dan melakukan penyelenggaraan berkala. ●Pasang satu sistem pembilasan udara untuk mewujudkan ruang tanpa habuk. ●Gunakan a Meter radar tingkat radar, yang hampir tidak terjejas oleh habuk dan zarah terampai. |
| Buih di Permukaan Cecair | Fenomena: Peringkat yang diukur adalah berkaitan dengan permukaan buih dan bukannya paras cecair sebenar, atau paras tersebut tidak dapat dikesan. Punca: Buih terdiri daripada banyak gelembung bersaiz berbeza. Apabila gelombang ultrasonik memasuki lapisan buih, pantulan terhambur dan pembiasan berterusan berlaku di antara antaramuka gas–cecair. | ●Gunakan a penderia paras ultrabunyi tidak invasif mengukur dari bahagian bawah dan mengelakkan pengaruh buih. ●Gunakan a pemancar paras kapasitif, yang mengukur secara langsung kapasitansi yang dihasilkan oleh cecair dan tidak terjejas oleh buih. ●Gunakan a pemancar aras selam (berasaskan tekanan) untuk mengukur paras cecair. |
| Keadaan terganggu | Fenomena: Nilai ukuran yang tidak betul atau ketidakmampuan mengesan paras. Punca: Fluktuasi permukaan cecair yang ganas dan kecenderungan permukaan mengubah laluan pantulan, menambah panjang laluan dan mengurangkan kekuatan isyarat. | ●Gunakan a pemancar paras kapasitif, yang tidak terjejas oleh fluktuasi permukaan cecair atau kecenderungan. ●Gunakan a pemancar aras selam (berasaskan tekanan) untuk mengukur paras cecair. |
| Hubungi Siasatan dengan Logam | Fenomena: Nilai ukuran yang tidak betul. Punca: Gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh probe mengalami pantulan kuat apabila menyentuh logam, dan getaran logam terus mengganggu pengukuran. | ● Jangan pasang sensor terus pada logam; gunakan a penyesuai plastik atau pendakap. ●Jika pemasangan pada logam tidak dapat dielakkan, tambah gasket pengasingan getah. Jika satu gasket tidak mencukupi, beberapa gasket harus digunakan. |
III. Konsep Sudut Sinaran
Fiji sudut sinaran daripada gelombang ultrasonik merujuk kepada sudut inklusif kawasan konikal di mana tenaga ultrasonik tertumpu terutamanya semasa penyebaran.
Ia adalah parameter teras Alat ultrabunyi dan alat penentuan paras titik (unit: darjah °) untuk menentukan kawasan liputan ultrabunyi. Ia juga merupakan rujukan utama bagi mengelakkan struktur logam dan pengaduk semasa pemasangan.
Hubungan antara sudut sinaran dan frekuensi:
Untuk probe bersaiz sama, Frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan sudut pancaran yang lebih kecil..
IV. Mengukur Julat dan Zon Buta
Julat Pengukuran
Julat pengukuran merujuk kepada jarak maksimum yang boleh diukur secara berkesan oleh probe. Melebihi julat pengukuran mungkin menyebabkan tiada pengukuran atau pengukuran yang tidak tepat.
Dalam aplikasi praktikal, julat pengukuran sebenar yang diperlukan umumnya disyorkan untuk 10%–20% lebih besar daripada julat nominal yang dinyatakan dalam helaian data.
Julat pengukuran berkaitan dengan kuasa penghantaran dan kepekaan penerimaan. Semakin besar kuasa penghantaran dan semakin baik kepekaan penerimaan, semakin panjang julat pengukuran. Secara amnya, Probe frekuensi rendah boleh mencapai kuasa penghantaran yang lebih tinggi., itulah sebabnya probe dengan julat pengukuran yang lebih besar biasanya beroperasi pada frekuensi yang lebih rendah.
Zon Buta
Zon buta merujuk kepada jarak tepat di bawah probe di mana pengukuran tepat tidak dapat dilakukan. Mengukur jarak yang lebih pendek daripada zon buta akan mengakibatkan pengukuran yang tidak tepat atau gagal.
Dalam aplikasi praktikal, zon buta sebenar yang diperlukan biasanya disyorkan untuk 10%–20% lebih kecil daripada zon buta yang dinyatakan dalam helaian data.
Intipati zon buta ialah getaran sisa seramik piezoelektrik. Jika objek yang diukur terlalu dekat dengan probe, sensor tidak dapat membezakan antara gelombang yang dihantar dan gema yang kembali, menyebabkan kegagalan pengukuran.
Secara amnya, Probe frekuensi tinggi mempunyai kuasa penghantaran yang lebih rendah dan getaran sisa yang dikurangkan., mengakibatkan zon buta yang lebih kecil. Ini menjelaskan mengapa Julat pengukuran sensor ultrasonik dan zon buta sentiasa berkadar langsung..
V. Frekuensi Ultrasonik
Frekuensi ultrasonik sensor paras atau sensor paras titik merujuk kepada getaran mekanikal frekuensi gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh probe, diukur dalam kilohertz (kHz).
Kebanyakan prob ultrasonik KACISE beroperasi dalam julat 30–200 kHz, merangkumi julat pengukuran dari 15 m hingga 1 m, dengan zon buta antara 0.6 m hingga 0.1 m.
Hubungan antara frekuensi ultrasonik dan ketepatan
Gelombang ultrasonik frekuensi tinggi mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek, membolehkan pengesanan perubahan kecil pada permukaan reflektif dengan lebih baik, menghasilkan resolusi yang lebih tinggi dan ketepatan mutlak.
Gelombang ultrasonik frekuensi rendah mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang, resolusi yang lebih rendah, dan ketepatan mutlak yang agak kurang baik.
Ketepatan mutlak merujuk kepada perbezaan mutlak antara nilai sebenar dan nilai yang diukur. Dalam helaian data, ketepatan biasanya dinyatakan sebagai peratusan skala penuh (FS)..
