I. Princípio de medição
Um transdutor ultrassônico é feito de material cerâmico piezoelétrico. A medição é realizada por meio do processo de conversão energia elétrica em energia mecânica e, em seguida, de volta em energia elétrica, com base no tempo necessário para essa conversão.
Em outras palavras, o princípio de funcionamento de um transdutor ultrassônico consiste em emitem ondas ultrassônicas e recebem os ecos refletidos. Ao medir com precisão a diferença de tempo t entre a transmissão de ondas ultrassônicas e a recepção do eco, e combinando isso com compensação da velocidade do som (C) Com base na temperatura ambiente, a distância de medição é calculada utilizando a seguinte fórmula:
D = C × t / 2
II. Problemas encontrados nas aplicações práticas
| Problema | Fenômeno e causa | Soluções |
| Ambiente do Steam | Fenômeno: Muitas vezes, o nível do líquido não é detectado. Motivo: Em ambientes com vapor, a impedância acústica do meio é elevada, e ocorrem fenômenos de refração e reflexão, resultando em uma atenuação excessiva das ondas ultrassônicas. | ●Use um sensor de nível ultrassônico não invasivo (montado externamente) para medir a partir da parte inferior e evitar o meio de vapor. ●Substitua por um sensor anticondensação de longo alcance, aumentando a potência de transmissão para que o eco possa ser detectado. ●Use um transmissor de nível submersível (baseado na pressão) para medir o nível do líquido. |
| Ambiente empoeirado (normalmente com materiais sólidos) | Fenômeno: Não é possível detectar o nível. Motivo: A poeira absorve as ondas ultrassônicas e, com o tempo, vai se acumulando na superfície do sensor. | ● Substitua por um sensor de longo alcance e realizar manutenção regular. ●Instale um sistema de purga de ar para criar um espaço livre de poeira. ●Use um Medidor de nível de radar, que praticamente não é afetado pela poeira e pelas partículas em suspensão. |
| Espuma na superfície de um líquido | Fenômeno: O nível medido corresponde à superfície da espuma, e não ao nível real do líquido; caso contrário, o nível não poderá ser detectado. Motivo: A espuma é composta por inúmeras bolhas de tamanhos variados. Quando as ondas ultrassônicas penetram na camada de espuma, ocorrem reflexão difusa e refração contínuas nas interfaces gás-líquido. | ●Use um sensor de nível ultrassônico não invasivo para medir a partir do fundo e evitar a influência da espuma. ●Use um transmissor de nível capacitivo, que mede diretamente a capacitância gerada pelo líquido e não é afetado pela espuma. ●Use um transmissor de nível submersível (baseado na pressão) para medir o nível do líquido. |
| Condições agitadas | Fenômeno: Valores de medição incorretos ou impossibilidade de detectar o nível. Motivo: As flutuações violentas na superfície do líquido e a inclinação da superfície alteram o trajeto do eco, aumentando o comprimento do trajeto e reduzindo a intensidade do sinal. | ●Use um transmissor de nível capacitivo, que não é afetado por flutuações na superfície do líquido nem pela inclinação. ●Use um transmissor de nível submersível (baseado na pressão) para medir o nível do líquido. |
| Contato da sonda com o metal | Fenômeno: Valores de medição incorretos. Motivo: As ondas ultrassônicas emitidas pela sonda sofrem forte reflexão ao entrar em contato com o metal, e a vibração do metal continua a interferir na medição. | ● Não instale o sensor diretamente sobre metal; use um adaptador ou suporte de plástico. ●Se a instalação em metal for inevitável, adicione juntas isolantes de borracha. Se uma junta não for suficiente, devem-se utilizar várias juntas. |
III. Conceito de ângulo de feixe
O ângulo do feixe das ondas ultrassônicas refere-se à ângulo incluído da região cônica na qual a energia ultrassônica se concentra principalmente durante a propagação.
É um parâmetro principal de instrumentos ultrassônicos de nível e de ponto de nível (unidade: graus °), determinando a área de cobertura ultrassônica. É também uma referência fundamental para evitar estruturas metálicas e agitadores durante a instalação.
Relação entre o ângulo do feixe e a frequência:
Para sondas do mesmo tamanho, uma frequência mais alta resulta em um ângulo de feixe menor.
IV. Alcance de medição e zona cega
Faixa de medição
A faixa de medição refere-se à distância máxima que a sonda pode medir efetivamente. Ultrapassar a faixa de medição pode resultar na ausência de medição ou em uma medição imprecisa.
Em aplicações práticas, geralmente recomenda-se que a faixa de medição efetivamente necessária seja 10%–20% acima da faixa nominal especificada na ficha técnica.
A faixa de medição está relacionada a potência de transmissão e sensibilidade de recepção. Quanto maior for a potência de transmissão e quanto melhor for a sensibilidade de recepção, maior será o alcance da medição. Geralmente, As sondas de baixa frequência podem atingir maior potência de transmissão, e é por isso que as sondas com faixas de medição maiores geralmente operam em frequências mais baixas.
Ponto Cego
A zona cega refere-se à distância diretamente abaixo da sonda, na qual não é possível realizar uma medição precisa. A medição de distâncias menores do que a zona cega resultará em medições imprecisas ou com falha.
Em aplicações práticas, geralmente recomenda-se que a zona cega efetivamente necessária seja de 10%–20% menor do que a zona cega especificada na ficha técnica.
A essência da zona cega é vibração residual da cerâmica piezoelétrica. Se o objeto a ser medido estiver muito próximo da sonda, o sensor não consegue distinguir entre as ondas transmitidas e os ecos de retorno, o que causa falha na medição.
Geralmente, As sondas de frequência mais alta apresentam menor potência de transmissão e vibração residual reduzida, o que resulta em uma zona cega menor. Isso explica por que A faixa de medição e a zona cega do sensor ultrassônico são sempre proporcionais.
V. Frequência ultrassônica
A frequência ultrassônica de um sensor de nível ou de nível pontual refere-se à vibração mecânica frequência das ondas ultrassônicas emitidas pela sonda, medida em kilohertz (kHz).
A maioria das sondas ultrassônicas da KACISE opera na faixa de 30 a 200 kHz, cobrindo faixas de medição de 15 m a 1 m, com zonas cegas que variam de 0,6 m a 0,1 m.
Relação entre a frequência ultrassônica e a precisão
As ondas ultrassônicas de frequência mais alta têm comprimentos de onda mais curtos, o que permite uma melhor detecção de pequenas alterações na superfície refletora, resultando em maior resolução e precisão absoluta.
As ondas ultrassônicas de frequência mais baixa apresentam comprimentos de onda maiores, menor resolução e precisão absoluta relativamente inferior.
A precisão absoluta refere-se à diferença absoluta entre o valor real e o valor medido. Nas fichas técnicas, a precisão é normalmente expressa como uma porcentagem da escala total (FS).
