I. Meetprincipe
Een ultrasone transducer bestaat uit piëzo-elektrisch keramisch materiaal. De meting vindt plaats door middel van een omzettingsproces elektrische energie omzetten in mechanische energie en vervolgens weer in elektrische energie, op basis van de tijd die nodig is voor deze omzetting.
Met andere woorden, het werkingsprincipe van een ultrasone transducer is dat ultrasone golven uitzenden en teruggekaatste echo’s ontvangen. Door het tijdsverschil nauwkeurig te meten t tussen het uitzenden van ultrasone golven en het ontvangen van echo’s, en dit te combineren met compensatie voor de geluidssnelheid (C) Op basis van de omgevingstemperatuur wordt de meetafstand berekend met behulp van de volgende formule:
D = C × t / 2
II. Problemen die zich bij de praktische toepassing voordoen
| Probleem | Verschijnsel en oorzaak | Oplossingen |
| Steam-omgeving | Verschijnsel: Het vloeistofpeil wordt vaak niet gedetecteerd. Oorzaak: In stoomomgevingen is de akoestische impedantie van het medium hoog, waardoor breking en reflectie optreden, wat leidt tot een overmatige demping van ultrasone golven. | ●Gebruik een niet-invasieve (extern gemonteerde) ultrasone niveausensor vanaf de onderkant meten en het stoommedium vermijden. ●Vervang door een anticondensatiesensor voor grote afstanden, waarbij het zendvermogen wordt verhoogd zodat de echo kan worden gedetecteerd. ●Gebruik een dompelbare niveautransmitter (op druk gebaseerd) om het vloeistofpeil te meten. |
| Stoffige omgeving (meestal vaste stoffen) | Verschijnsel: Het niveau kan niet worden gedetecteerd. Oorzaak: Stof absorbeert ultrasone golven en na verloop van tijd hoopt het stof zich op het sensoroppervlak op. | ● Vervang door een sensor met groot bereik en regelmatige onderhoudswerkzaamheden uitvoeren. ●Installeer een luchtontluchtingssysteem om een stofvrije ruimte te creëren. ●Gebruik een radarniveaumeter, dat vrijwel niet wordt beïnvloed door stof en zwevende deeltjes. |
| Schuim op het oppervlak van een vloeistof | Verschijnsel: Het gemeten niveau komt overeen met het schuimoppervlak en niet met het werkelijke vloeistofniveau; anders kan het niveau niet worden gedetecteerd. Oorzaak: Schuim bestaat uit talloze belletjes van verschillende grootte. Wanneer ultrasone golven de schuimlaag binnendringen, vinden er aan de grensvlakken tussen gas en vloeistof voortdurend diffuse reflectie en breking plaats. | ●Gebruik een niet-invasieve ultrasone niveausensor Meet vanaf de onderkant om de invloed van schuim te vermijden. ●Gebruik een capacitieve niveautransmitter, die de door de vloeistof gegenereerde capaciteit rechtstreeks meet en niet wordt beïnvloed door schuim. ●Gebruik een dompelbare niveautransmitter (op druk gebaseerd) om het vloeistofpeil te meten. |
| Onrustige omstandigheden | Verschijnsel: Onjuiste meetwaarden of het niveau kan niet worden gedetecteerd. Oorzaak: Heftige schommelingen van het vloeistofoppervlak en de helling van het oppervlak beïnvloeden het echopad, waardoor de padlengte toeneemt en de signaalsterkte afneemt. | ●Gebruik een capacitieve niveautransmitter, dat niet wordt beïnvloed door schommelingen in het vloeistofoppervlak of door helling. ●Gebruik een dompelbare niveautransmitter (op druk gebaseerd) om het vloeistofpeil te meten. |
| Contact tussen de sonde en metaal | Verschijnsel: Onjuiste meetwaarden. Oorzaak: Ultrasone golven die door de sonde worden uitgezonden, worden sterk gereflecteerd wanneer ze in contact komen met metaal, en de trillingen van het metaal blijven de meting verstoren. | ● Bevestig de sensor niet rechtstreeks op metaal; gebruik een kunststof adapter of beugel. ●Als installatie op metaal onvermijdelijk is, voeg dan toe rubberen isolatiepakkingen. Als één pakking niet voldoende is, moeten er meerdere pakkingen worden gebruikt. |
III. Het begrip straalhoek
De straalhoek van ultrasone golven verwijst naar de ingesloten hoek van het conische gebied waarin de ultrasone energie zich tijdens de voortplanting voornamelijk concentreert.
Het is een kernparameter van ultrasone niveau- en puntniveaumeters (eenheid: graden °), waarmee het ultrasone dekkingsgebied wordt bepaald. Het is tevens een belangrijk referentiepunt om bij de installatie metalen constructies en roerwerken te vermijden.
Verband tussen straalhoek en frequentie:
Voor sondes van dezelfde grootte, een hogere frequentie leidt tot een kleinere straalhoek.
IV. Meetbereik en dode hoek
Meetbereik
Het meetbereik heeft betrekking op de de maximale afstand die de sonde effectief kan meten. Als het meetbereik wordt overschreden, kan dit ertoe leiden dat er geen meting wordt uitgevoerd of dat de meting onnauwkeurig is.
In de praktijk wordt over het algemeen aanbevolen dat het daadwerkelijk benodigde meetbereik 10%–20% groter dan het in het gegevensblad opgegeven nominale bereik.
Het meetbereik hangt samen met zendvermogen en ontvangstgevoeligheid. Hoe groter het zendvermogen en hoe beter de ontvangstgevoeligheid, hoe groter het meetbereik. Over het algemeen, Laagfrequente sondes kunnen een hoger zendvermogen bereiken, en daarom werken sensoren met een groter meetbereik doorgaans op lagere frequenties.
Blinde zone
De blinde zone is de afstand direct onder de sonde waar geen nauwkeurige meting mogelijk is. Het meten van afstanden die korter zijn dan de blinde zone leidt tot onnauwkeurige of mislukte metingen.
In de praktijk wordt over het algemeen aanbevolen dat de daadwerkelijk benodigde dode zone 10%–20% kleiner dan de in het gegevensblad gespecificeerde blinde zone.
De kern van de dode hoek is resttrilling van het piëzo-elektrische keramiek. Als het te meten object te dicht bij de sonde staat, kan de sensor geen onderscheid maken tussen uitgezonden golven en terugkerende echo’s, waardoor de meting mislukt.
Over het algemeen, Sondes met een hogere frequentie hebben een lager zendvermogen en minder resttrillingen, waardoor de dode hoek kleiner wordt. Dit verklaart waarom Het meetbereik en de dode zone van een ultrasone sensor zijn altijd evenredig.
V. Ultrasone frequentie
De ultrasone frequentie van een niveau- of puntniveausensor heeft betrekking op de mechanische trilling frequentie van de door de sonde uitgezonden ultrasone golven, gemeten in kilohertz (kHz).
De meeste KACISE-ultrasone sondes werken binnen het bereik van 30–200 kHz, met meetbereiken van 15 m tot 1 m en dode zones variërend van 0,6 m tot 0,1 m.
Verband tussen ultrasone frequentie en nauwkeurigheid
Ultrasone golven met een hogere frequentie hebben een kortere golflengte, waardoor kleine veranderingen op het reflecterende oppervlak beter kunnen worden gedetecteerd, wat resulteert in een hogere resolutie en absolute nauwkeurigheid.
Ultrasone golven met een lagere frequentie hebben een langere golflengte, een lagere resolutie en een relatief lagere absolute nauwkeurigheid.
Absolute nauwkeurigheid verwijst naar het absolute verschil tussen de werkelijke waarde en de gemeten waarde. In datasheets wordt de nauwkeurigheid doorgaans uitgedrukt als een percentage van het volledige meetbereik (FS).
