принцип работы ультразвукового уровня

Ультразвуковой уровнемер, Chunchen Technology является профессиональным производителем ультразвукового уровня, и ультразвуковой уровнемерJ ЛьготыКоль - да - су - Ю! Этот прибор включает в себя несколько самостоятельныхЗи ЛиТехнология, имеет совершенно новую технологию обработки сигналов, с безопасностью, чистотой, высокой точностью, длительным сроком службы, стабильностью и надежностью, удобным монтажом и обслуживанием, простыми показаниями и другими характеристиками, широко используется в нефтяной, химической, водной обработке, водном хозяйстве, стали, угольной шахте, электричестве и пищевой промышленности и других отраслях промышленности, применимых к кислоте, щелочи, соли, антикоррозионной, высокотемпературной, взрывозащищенной и других областях. Этот прибор может быть подключен к различным DCS - системам с помощью 4–20 мА или RS485 (протокол Modbus) для автоматизации работы промышленности и предоставления данных об уровне жидкости в реальном времени.

Принцип работы ультразвукового уровня: полный анализ от акустических характеристик до расчета уровня жидкости

Основные характеристики ультразвука: почему выбирают ультразвук?

• Сильная ориентация:: Высокочастотный ультразвук имеет короткую длину волны (например, акустическая длина волны 20 кГц около 1,7 см, длина волны 200 кГц около 1,7 мм), небольшой угол рассеяния при распространении, может быть направлен на уровень жидкости, уменьшая помехи рассеянного отражения.

• Инфекционная зависимость:: Ультразвук должен распространяться через эластичную среду (например, воздух, жидкость, твердое тело) и не может распространяться в вакууме, поэтому его измерения зависят от воздушной среды.

• Свойства отражения:: Когда ультразвук переходит из одной среды в другую (например, воздух → жидкость), из - за больших различий в акустическом сопротивлении (плотность среды × скорость звука) между двумя средами происходит заметное отражение (отражающая скорость до 90% или более), которое является источником эхо - сигнала уровня жидкости.

• Скорость распространения стабильна.:: При стандартном атмосферном давлении скорость распространения ультразвука в воздухе составляет около 340 м / с, а скорость и температура линейно зависят (увеличение скорости звука около 0,6 м / с на 1 °C при повышении температуры), и отклонение может быть исправлено температурной компенсацией.

Основные принципы измерения: полный процесс эхолокации

1. Ультразвуковая эмиссия: от электрических сигналов до механических волн

• уровнемерныйглавный коаксиальный ультра - высокой частоты УВЧ типа бабочка(Обычно для микропроцессоров) генерирует высокочастотные электрические импульсные сигналы (частота 20 кГц ~ 200 кГц, в зависимости от диапазона выбора: малый диапазон с высокой частотой, уменьшает расход; Большое расстояние с низкой частотой, уменьшение затухания), передача доПреобразователь (зонд)А.

• Преобразователь является основным компонентом и работает на основе « пьезоэлектрического эффекта»: его внутренние пьезокристаллы (например, пьезоэлектрическая керамика) подвергаются механической вибрации под действием электрического импульса, преобразуя электрическую энергию в ультразвуковую механическую энергию, направленную на измеренную поверхность.

Распространение звуковых волн: путь и затухание в воздухе

• Ультразвук начинается с зонда и распространяется по прямой линии в воздухе, скорость распространения зависит от факторов окружающей среды:

• температура:: Основные факторы воздействия, как описано выше, скорость звука значительно изменяется с температурой (формула: v = 331,4 + 0607 × T, где T является температурой окружающей среды °C).

• Давление воздуха:: Небольшое воздействие, незначительное при стандартном атмосферном давлении и требующее тонкой настройки только в условиях низкого давления, таких как плато.

• Влажность:: Повышенная влажность приводит к небольшому изменению плотности воздуха, вызывая отклонение скорости звука около 0,1%, которое обычно можно игнорировать.

• Во время процесса распространения ультразвук затухает из - за поглощения воздуха, рассеяния (например, пыли, водяного пара), чем больше диапазон, тем выше частота, тем более очевидным является затухание (поэтому большое количество дальних уровнемеров в основном использует низкочастотные акустические волны).

3. Отражение уровня жидкости: генерация эхо - сигналов

• Когда ультразвук достигает поверхности жидкости, звуковые волны происходят из - за большой разницы между звуковым сопротивлением воздуха (акустическое сопротивление около 415 Rayl) и жидкости (например, акустическое сопротивление воды около 1,48 × 10 ⁶ Rayl).Зеркальное отражениеИ образуется эхо.

• Если уровень жидкости имеет пену, волну или суспензию, это может привести к снижению альбедо (альбедо пены может быть ниже 30%) и ослаблению эхо - сигнала, который должен быть оптимизирован с помощью алгоритма регулировки усиления зонда или фильтрации.

4. Прием эхо - сигналов: от механических до электрических сигналов

• Отраженные эхо - сигналы захватываются тем же преобразователем (или независимым приемным преобразователем), а пьезокристаллы преобразуют механические вибрации в слабые электрические сигналы, которые передаются в главную цепь управления после усиления, фильтрации (удаления шума окружающей среды) передним усилителем.

• Основная схема управления должна различать « эффективные эхо - сигналы» и « помеховые эхо - сигналы» (например, отражение стенки контейнера, отражение пузырька), как правило, следующим образом:

• настройкаСлепая зона:: Эхо в пределах определенного расстояния под зондом (например, 0,3 ~ 1 м) не идентифицируется, чтобы избежать ближних сильных отраженных помех.

• Характерный анализ эха: амплитуда и частота эффективного эха согласуются с излучающей волной, в то время как интерференционные эхо - сигналы обычно имеют низкую амплитуду и частотные нарушения.

Расчет уровня жидкости: переход от разницы во времени к высоте

• Основная схема управления регистрирует разницу во времени между ультразвуковым « моментом пуска» и « моментом приема эхо - сигнала» (т. е.Время распространения в оба направленияtВ)).

• Расчет вертикального расстояния зонда до уровня жидкости (d): фактическое одностороннее расстояние составляет половину произведения скорости звука (v) и времени (t) из - за распространения звуковых волн в оба конца, т.е.:

• Расчет фактической высоты уровня (h): требуется известная высота установки зонда (H, т.е. вертикальное расстояние зонда до дна контейнера), тогда высота уровня составляет:

• В конце концов, уровнемер выводит результаты измерений с помощью сигналов тока от 4 до 20 мА, связи RS485 или цифрового дисплея.

III. Ключевые компоненты: основное оборудование, обеспечивающее принципиальную посадку

1. Преобразователь (зонд)

• Политетрафторэтилен: кислотоустойчивый щелочь, подходящий для химического сценария;

• Нержавеющая сталь: износостойкая, подходит для пыли, гранулированной среды;

• Полипропилен: легкий, недорогой, подходит для чистой воды, канализационных сцен.

• Функциональность: Реализация двустороннего преобразования электрических сигналов и ультразвука, разделенного на "эмиссионно - приемный тип тела" (низкая стоимость, подходит для большинства сценариев) и "сепарационный тип" (сильная помехоустойчивость, подходит для сложных условий).

• Материал: поверхность зонда должна быть устойчивой к коррозии окружающей среды, обычно используемые материалы включают:

2. главный коаксиальный ультра - высокой частоты УВЧ типа бабочка

• Ядром является микропроцессор (например, MCU, DSP), который отвечает за генерацию сигнала передачи, захват времени эха, выполнение алгоритма компенсации температуры, вычисление уровня жидкости и вывод данных.

• Ключевые характеристики: точность измерения времени (требуется достичь наносекундного уровня, например, точность 1ns соответствует ошибке расстояния около 0,17 мм), помехоустойчивость (достигается с помощью электромагнитных экранов, фильтрующих цепей).

3. Датчик температуры

• Встроенный терморезистор NTC или датчик PT1000 для мониторинга температуры окружающей среды в режиме реального времени, используемый для коррекции скорости звука (v), является основным средством компенсации для обеспечения точности измерений (при отсутствии температурной компенсации изменение температуры на 10°C может привести к ошибке ±3%).

4. Модуль питания и вывода

• Источник питания: обычно поддерживает промышленный источник питания 24V DC, некоторые модели совместимы с 110 ~ 220V AC.

• Выход: аналоговая величина (4 ~ 20 мА), цифровая величина (RS485 / MODBUS), переключатель реле (для сигнализации уровня жидкости высокого и низкого) для удовлетворения потребностей различных систем управления.

Источники ошибок и компенсация: ключевые технологии для повышения точности

1. Температурная погрешность

• Без компенсации температура на отклонение 10 °C, отклонение скорости звука около 6 м / с, погрешность уровня жидкости, соответствующая 10 - метровому диапазону, может достигать ±8,8 см

• Способ компенсации: Сбор температуры в режиме реального времени с помощью встроенного температурного датчика, который заменяет коррекцию формулы скорости звука (v = 331,4 + 0607 × T), контролирует ошибку в пределах ±0,1%.

2. погрешность колебания уровня жидкости

• Сильные колебания уровня жидкости могут привести к неустойчивости эхо - сигнала и колебаниям во времени (t).

• Способ компенсации: использование « многократного измерения для получения среднего значения» (например, 10 измерений среднего), установка « коэффициента демпфирования» (замедление скорости изменения выхода) или сочетание с волноводом (ограничение диапазона колебаний уровня жидкости).

3. Ошибка помех окружающей среды

• Выберите "высокотемпературный зонд" (стойкость более 150°C) для борьбы с паровой средой;

• Увеличение мощности зонда (повышение амплитуды излучающей звуковой волны) против затухания;

• Установка пылезащитных колпаков и брызгалок для уменьшения физических помех.

• Пар, пыль, сильные воздушные потоки могут привести к рассеянию или затуханию звуковых волн, а эхо - сигналы ослабевают или даже теряются.

• Оптимизация способа:

4. Ошибка установки

• Наклонная установка зонда может привести к тому, что измеренное расстояние (d) будет « наклонным расстоянием», а не вертикальным, создавая отклонение.

• Способ обхода: при установке убедитесь, что зонд перпендикулярен уровню жидкости (угол наклона составляет 3°) и находится вдали от стенки контейнера (1 / 6 от диаметра контейнер), уменьшая помехи отражения поверхности стенки.

V. Принципиальные ограничения: границы применимого сценария

• Невозможно использовать в вакууме или инертных газах:: Ультразвук требует распространения воздушной среды, без сигнала в вакуумной среде.

• Не подходит для высоковязких или кристаллических сред:: Если уровень жидкости покрывает кристаллизацию толстого слоя, отражательные эхо - сигналы будут поглощены, что приведет к отказу измерения (требуется с устройством очистки).

• Измерения ограничены.:: Ультразвуковое затухание в воздухе более быстрое, обычный тип максимального диапазона около 50 м (низкочастотный зонд), далеко за этим диапазоном необходимо выбрать радиолокационный уровнемер.

• Приборы с меньшей точностью, чем контактные:: Обычный ультразвуковой уровнемер промышленного класса с точностью ±0,5% ~ ±1% FS, ниже входного уровня (±0,1% FS), не подходит для высокоточных сценариев измерения.

резюме