I. Принцип измерения
Ультразвуковой преобразователь изготовлен из пьезоэлектрический керамический материал. Измерение осуществляется посредством преобразования превращает электрическую энергию в механическую, а затем снова в электрическую, исходя из времени, необходимого для этого преобразования.
Другими словами, принцип работы ультразвукового преобразователя заключается в том, чтобы излучать ультразвуковые волны и принимать отраженные эхо-сигналы. Путем точного измерения разницы во времени t между передачей ультразвуковой волны и приемом эхо-сигнала, а также объединение этого с коррекция скорости звука (C) Исходя из температуры окружающей среды, расстояние измерения рассчитывается по следующей формуле:
D = C × t / 2
II. Проблемы, возникающие при практическом применении
| Задача | Явление и причина | Решения |
| Среда Steam | Явление: Уровень жидкости зачастую не определяется. Причина: В паровых средах акустическое сопротивление среды высокое, что приводит к рефракции и отражению, в результате чего происходит чрезмерное затухание ультразвуковых волн. | ●Используйте неинвазивный (наружный) ультразвуковой датчик уровня измерять от дна и избегать попадания в паровую среду. ●Заменить на датчик предотвращения конденсации с большим радиусом действия, увеличивая мощность передачи, чтобы можно было обнаружить эхо. ●Используйте погружной датчик уровня (на основе давления) для измерения уровня жидкости. |
| Пылевая среда (как правило, твердые материалы) | Явление: Уровень не удается определить. Причина: Пыль поглощает ультразвуковые волны, и со временем на поверхности датчика скапливается пыль. | ● Заменить на датчик дальнего действия и проводить регулярное техническое обслуживание. ●Установите система продувки воздухом чтобы создать пространство, свободное от пыли. ●Используйте радиолокационный счетчик уровня, на который практически не влияют пыль и взвешенные частицы. |
| Пена на поверхности жидкости | Явление: Измеренный уровень соответствует поверхности пены, а не фактическому уровню жидкости, либо уровень не удается определить. Причина: Пена состоит из множества пузырьков разного размера. Когда ультразвуковые волны проникают в слой пены, на границах раздела «газ–жидкость» происходят непрерывное диффузное отражение и преломление. | ●Используйте неинвазивный ультразвуковой датчик уровня измерять от дна, чтобы исключить влияние пены. ●Используйте емкостной датчик уровня, который непосредственно измеряет ёмкость, создаваемую жидкостью, и на который не влияет пена. ●Используйте погружной датчик уровня (на основе давления) для измерения уровня жидкости. |
| Неспокойные условия | Явление: Неверные значения измерений или невозможность определения уровня. Причина: Резкие колебания поверхности жидкости и наклон поверхности изменяют траекторию прохождения эхо-сигнала, увеличивая длину пути и снижая уровень сигнала. | ●Используйте емкостной датчик уровня, на которое не влияют колебания поверхности жидкости или наклон. ●Используйте погружной датчик уровня (на основе давления) для измерения уровня жидкости. |
| Контакт щупа с металлом | Явление: Неверные значения измерений. Причина: Ультразвуковые волны, излучаемые датчиком, при соприкосновении с металлом подвергаются сильному отражению, а колебания металла продолжают создавать помехи при измерении. | ● Не устанавливайте датчик непосредственно на металл; используйте пластиковый переходник или кронштейн. ●Если установка на металлическую поверхность неизбежна, добавьте резиновые изолирующие прокладки. Если одной прокладки недостаточно, следует использовать несколько прокладок. |
III. Понятие угла рассеяния луча
Этот угол луча ультразвуковых волн относится к включенный угол конической области в котором в основном концентрируется ультразвуковая энергия при распространении.
Это основной параметр ультразвуковых приборов для измерения уровня и точечных датчиков уровня (единица измерения: градусы °), определяющих зону охвата ультразвука. Кроме того, это важная ориентировочная величина, позволяющая избежать попадания в зону действия ультразвука металлических конструкций и перемешивателей при монтаже.
Взаимосвязь между углом луча и частотой:
Для зондов одинакового размера, Более высокая частота приводит к уменьшению угла рассеивания луча.
IV. Диапазон измерения и «слепая зона»
Диапазон измерений
Диапазон измерения относится к максимальное расстояние, на котором зонд может осуществлять эффективные измерения. Превышение диапазона измерения может привести к отсутствию результатов измерения или к их неточности.
В практических условиях обычно рекомендуется выбирать фактический необходимый диапазон измерения 10%–20% превышает номинальный диапазон, указанный в техническом паспорте.
Диапазон измерения зависит от мощность передачи и чувствительность приема. Чем выше мощность передачи и чем выше чувствительность приёма, тем больше дальность измерения. Как правило, Низкочастотные датчики позволяют обеспечить более высокую мощность передачи, поэтому датчики с большим диапазоном измерения, как правило, работают на более низких частотах.
«Слепая зона»
Под «зоной невидимости» понимается расстояние непосредственно под датчиком, в пределах которого невозможно провести точное измерение. При измерении расстояний, меньших чем зона невидимости, результаты будут неточными или измерение не удастся провести.
В практических условиях обычно рекомендуется, чтобы фактическая необходимая «слепая зона» составляла 10%–20% меньше, чем зона затухания, указанная в техническом паспорте.
Суть «слепой зоны» заключается в том, что остаточная вибрация пьезоэлектрической керамики. Если измеряемый объект находится слишком близко к датчику, датчик не сможет различить проходящие волны и обратные эхо-сигналы, что приведет к сбою измерения.
Как правило, Зонды с более высокой частотой характеризуются меньшей мощностью излучения и меньшей остаточной вибрацией, в результате чего зона слепого зоны уменьшается. Это объясняет, почему Диапазон измерения и «слепая зона» ультразвукового датчика всегда пропорциональны.
V. Ультразвуковая частота
Ультразвуковая частота датчика уровня или точечного датчика уровня относится к механическим колебаниям частота ультразвуковых волн, излучаемых датчиком, измеряемая в килогерцах (кГц).
Большинство ультразвуковых датчиков KACISE работают в диапазоне частот 30–200 кГц, обеспечивая диапазоны измерения от 15 м до 1 м, при этом размеры «слепых зон» варьируются от 0,6 м до 0,1 м.
Взаимосвязь между ультразвуковой частотой и точностью
Ультразвуковые волны более высокой частоты имеют меньшую длину волны, что позволяет лучше обнаруживать небольшие изменения на отражающей поверхности, благодаря чему обеспечивается более высокое разрешение и абсолютная точность.
Ультразвуковые волны более низкой частоты имеют большую длину волны, более низкое разрешение и относительно более низкую абсолютную точность.
Под абсолютной точностью понимается абсолютная разница между фактическим значением и измеренным значением. В технических паспортах точность обычно выражается в процентах от полной шкалы (FS).
