אוזניים תעשייתיות: כיצד אולטראסאונד 'שומע' שינויים ברמת הנוזל

אוזניים תעשייתיות: כיצד אולטראסאונד "שומע" שינויים ברמת הנוזל

בואו נדבר על מה הם גלים קוליים. טווח התדרים של הצלילים שאנו יכולים לשמוע הוא בערך בין 20 הרץ ל 20, 000 הרץ. עם זאת, תדירות הגלים הקוליים גבוהה בהרבה, בדרך כלל נעה בין 20 קילוהרץ ל 100 מגהרץ. לכן האוזניים שלנו אינן יכולות לגלות גלים קוליים. למעשה, גלים קוליים הם סוג של גל מכני. הם יכולים להתפשט במדיה אלסטית, ובשל התדירות הגבוהה שלהם ואורך הגל הקצר שלהם, יש להם כיוון חזק, אנרגיה משמעותית וכוח חודר חזק במהלך ההתפשטות.

ברוך הבא למעבדת המדידה והבקרה של Solidat. אני מנהל מדידת ובקרה של המכשירים והציוד שלך. היום, בואו נדבר על יישום גלים קוליים במדידה ברמה.

כשמדובר בהיסטוריה של אולטרסאונד, ניתן לייחס אותו עד שנת 1793. באותה תקופה, מדען איטלקי, ספאלנזאני, התגלה באמצעות ניסויים שעטלפים משתמשים בגלים קוליים כדי לחוש את סביבתם, ובכך חושפים את תעלומת האולטרסאונד. מאוחר יותר, עם פיתוח טכנולוגיה, אולטרסאונד יושם באופן נרחב בתחומים כמו גילוי, מדידה ורפואה. בייצור תעשייתי, מדידה ברמה חשובה במיוחד. מדידת רמה מתייחסת למדידת גובה החומרים במכולות או בחללים, כמו נוזלים ומוצקים גרגירים. באמצעות מדידה ברמה, אנו יכולים לדעת כמה חומר נמצא במיכל, ובכך להבטיח את האיזון החומרי בתהליך הייצור. אם ניתן לשלוט ברמה במדויק, היא יכולה גם להבטיח את התפוקה ואיכות המוצרים, כמו גם להבטיח ייצור בטוח. אז כיצד משתמשים באולטרסאונד במדידה ברמה?

במונחים פשוטים, לגלים קוליים יש מעט מאוד הנחתה בנוזלים ומוצקים, ויש להם יכולת חדירה חזקה במיוחד. במיוחד במוצקים אטומים לאור, הם יכולים לחדור למרחק של כמה עשרות מטרים. יתר על כן, לגלים קוליים יש כיוון חזק וניתן להיפלט בכיוון. במהלך המדידה, החיישן פולט גלים קוליים. כאשר הגלים נתקלים במשטח החומר, הם ישקפו בחזרה. לאחר שהחיישן יקבל את הגל המשתקף, הוא יכול לקבוע את המרחק על ידי חישוב הפרש הזמן, ובכך להשיג את גובה מפלס הנוזל. תהליך המדידה כולו אינו דורש קשר ישיר עם המדיום המדוד, ולכן הוא מתאים מאוד לסביבות מאכלות וארוזיביות והוא נמצא בשימוש נרחב בתעשיות כמו הנדסה כימית, נפט, מזון, תרופות והגנה על הסביבה.

בשלב הבא נסתכל על העיקרון העובד של מד הרמה האולטרה -סאונית. באופן כללי, מד ברמה קולי מורכב מתמר, יחידת עיבוד אותות ומודול תצוגה או פלט. שלבי המדידה הספציפיים הם כדלקמן:

1. ** פליטה קולית **: מד הרמה האולטרה סאונית פולט פולסים קוליים במהירות קבועה לעבר משטח חומר היעד דרך הגשוש, למשל, חמש פעמים כל שתי שניות.
2. ** התפשטות קולי **: גלים קוליים מתפשטים במהירות מסוימת באוויר. כאשר הם נתקלים במשטח החומרי, חלקם יבואו לידי ביטוי בחזרה להקים הד. עוצמת זמן ההחזרה של ההד קשורים למאפייני משטח היעד.
3. ** קבלת גל השתקפות גל **: הגשוש מקבל את אותות הגל הקולי המשתקפים משטח החומר וממיר אותם לאותות חשמליים. יחד עם זאת, הוא מודד את הזמן שלוקח לדופק הקולי לנסוע.
4. ** רמת חישוב **: על ידי מדידת זמן ההתפשטות של הדופק הקולי, חישב את הפרש הזמן מפליטה לקליטה ואז השתמש בנוסחה כדי לחשב את המרחק מהחיישן למשטח החומר. הנוסחה היא: D=V × ΔT ÷ 2, כאשר V הוא מהירות הצליל במדיום, ΔT הוא הפרש הזמן מפליטת הגל הקולי לקבלת ההד, וה- D הוא המרחק מהחיישן למשטח החומר. בנוסף, מכיוון שפרמטרי הצורה הגיאומטרית והגובה של המכולה ידועים, ניתן לחשב את גובה המפלס באמצעות הנוסחה l=e - D, כאשר L הוא גובה המפלס המודד, E הוא המרחק מבסיס ההתקנה של החיישן לתחתית המכולה (שהוא גובה הטנק הריק או גובה הטנק הכולל), ו- D הוא המרכיב מהשטח של החומר.

עם זאת, יש כמה נקודות שיש לציין ביישומים מעשיים. ראשית, מהירות הצליל מושפעת מהתנאים הבינוניים והסביבתיים, כגון טמפרטורה, לחץ, לחות וכו ', למשל, באוויר, לכל עלייה של מעלות אחת בטמפרטורה, מהירות הצליל תעלה בערך 0. 6 מטר לשנייה. לפיכך, במדידות בפועל, חיישני טמפרטורה מותקנים בדרך כלל לפיצוי טמפרטורה כדי להבטיח דיוק מדידה. שנית, גלים קוליים עשויים שלא להיות מסוגלים להתפשט בוואקום או בתנאי לחץ קיצוניים, ולכן יש לשקול בזהירות את הסביבה הרלוונטית.

בנוסף, גם מיקום ההתקנה וההתמצאות של חיישן האולטרה סאונד חשובים מאוד. יש ליישר את החיישן עם פני השטח של החומר המדוד, ויש להימנע ממכשולים ככל האפשר כדי למנוע הפרעה להדים. אם יש סערות או מבנים אחרים בתוך המכולה, ניתן להיווצר הדים כוזבים. נכון לעכשיו, יש להשתמש בטכנולוגיית עיבוד אותות כדי לזהות את ההדים הנכונים. יתר על כן, אבק, קיטור או קצף באוויר עשויים להשפיע גם על התפשטות והשתקפות של גלים קוליים. במקרים כאלה, יתכן שיהיה צורך לנקוט בצעדים אחרים כדי להתמודד עם ההפרעה.

לבסוף, יש פרט אחד מינורי שזקוק לתשומת לב: למטר ברמה האולטרה סאונית יש מרחק מסוים בסמוך לגשוש שלא ניתן למדוד. הסיבה לכך היא שהדופק הקולי הנפלט יש רוחב זמן מסוים, ולחיישן עדיין יהיה רטט שיורי לאחר שפטול את הגל הקולי. במהלך תקופה זו, לא ניתן לאתר את ההד המשתקף. מרחק זה נקרא אזור העיוור. לפיכך, החלק הגבוה ביותר של החומר שנמדד בדרך כלל לא צריך להיכנס לאזור העיוור של החיישן.