Oídos industriales: cómo el ultrasonido 'escucha' los cambios en el nivel de líquido

Oídos industriales: cómo el ultrasonido "escucha" los cambios en el nivel de líquido

Hablemos de qué son las olas ultrasónicas. El rango de frecuencia de sonidos que podemos escuchar es aproximadamente entre 20 hertz y 20, 000 Hertz. Sin embargo, la frecuencia de las ondas ultrasónicas es mucho más alta, generalmente varía de 20 kilohertz a 100 megahertz. Por lo tanto, nuestros oídos no pueden detectar ondas ultrasónicas. De hecho, las ondas ultrasónicas son un tipo de onda mecánica. Pueden propagar en medios elásticos y, debido a su alta frecuencia y su longitud de onda corta, tienen una fuerte direccionalidad, energía significativa y un fuerte poder penetrante durante la propagación.

Bienvenido al Laboratorio de Medición y Control de Solidat. Soy el gerente de medición y control de su instrumento y equipo. Hoy, hablemos sobre la aplicación de ondas ultrasónicas en la medición de nivel.

Cuando se trata de la historia del ultrasonido, se remonta a 1793. En ese momento, un científico italiano, Spallanzani, descubrió a través de experimentos que los murciélagos usan ondas ultrasónicas para sentir su entorno, revelando así el misterio del ultrasonido. Más tarde, con el desarrollo de la tecnología, el ultrasonido se aplicó ampliamente en campos como detección, medición y medicina. En la producción industrial, la medición de nivel es particularmente importante. La medición de nivel se refiere a medir la altura de los materiales en contenedores o espacios, como líquidos y sólidos granulares. A través de la medición de nivel, podemos saber cuánto material hay en el contenedor, asegurando así el equilibrio del material en el proceso de producción. Si el nivel se puede controlar con precisión, también puede garantizar la salida y la calidad de los productos, así como garantizar una producción segura. Entonces, ¿cómo se usa la ecografía en la medición de nivel?

En términos simples, las ondas ultrasónicas tienen muy poca atenuación en líquidos y sólidos, y tienen una capacidad de penetración extremadamente fuerte. Especialmente en los sólidos opacos a la luz, pueden penetrar una distancia de varias decenas de metros. Además, las ondas ultrasónicas tienen una fuerte direccionalidad y pueden emitirse direccionalmente. Durante la medición, el sensor emite ondas ultrasónicas. Cuando las olas encuentren la superficie del material, se reflejarán. Después de que el sensor recibe la onda reflejada, puede determinar la distancia calculando la diferencia de tiempo y, por lo tanto, obtener la altura de nivel de líquido. Todo el proceso de medición no requiere contacto directo con el medio medido, por lo que es muy adecuado para entornos corrosivos y erosivos y se utiliza ampliamente en industrias como ingeniería química, petróleo, alimentos, productos farmacéuticos y protección del medio ambiente.

A continuación, echemos un vistazo al principio de funcionamiento del medidor de nivel ultrasónico. En términos generales, un medidor de nivel ultrasónico consiste en un transductor, una unidad de procesamiento de señal y un módulo de pantalla o salida. Los pasos de medición específicos son los siguientes:

1. ** Emisión ultrasónica **: El medidor de nivel ultrasónico emite pulsos ultrasónicos a una velocidad fija hacia la superficie del material objetivo a través de la sonda, por ejemplo, cinco veces cada dos segundos.
2. ** Propagación ultrasónica **: Las ondas ultrasónicas se propagan a cierta velocidad en el aire. Cuando encuentren la superficie del material, algunos de ellos se reflejarán para formar un eco. La intensidad y el tiempo de retorno del eco están relacionados con las características de la superficie objetivo.
3. ** Recepción de onda de reflexión **: La sonda recibe las señales de onda ultrasónica reflejadas desde la superficie del material y las convierte en señales eléctricas. Al mismo tiempo, mide el tiempo que tarda el pulso ultrasónico en viajar.
4. ** Nivel de cálculo **: midiendo el tiempo de propagación del pulso ultrasónico, calcule la diferencia de tiempo de la emisión a la recepción y luego use la fórmula para calcular la distancia desde el sensor hasta la superficie del material. La fórmula es: D=V × ΔT ÷ 2, donde V es la velocidad del sonido en el medio, ΔT es la diferencia de tiempo desde la emisión de la onda ultrasónica a la recepción del eco, y D es la distancia desde el sensor hasta la superficie del material. Además, dado que se conocen los parámetros geométricos de forma y altura del contenedor, la altura de nivel se puede calcular utilizando la fórmula l=e - D, donde l es la altura de nivel medida, E es la distancia desde la base de instalación del sensor hasta el fondo del contenedor (que es la altura vacía del tanque o la altura total del tanque) y D es la distancia del sensor a la superficie del material.

Sin embargo, hay algunos puntos a tener en cuenta en aplicaciones prácticas. En primer lugar, la velocidad del sonido se ve afectada por las condiciones medianas y ambientales, como la temperatura, la presión, la humedad, etc. Por ejemplo, en el aire, por cada aumento de 1 grado en la temperatura, la velocidad del sonido aumentará en aproximadamente 0. 6 metros por segundo. Por lo tanto, en las mediciones reales, los sensores de temperatura generalmente se instalan para la compensación de temperatura para garantizar la precisión de la medición. En segundo lugar, las ondas ultrasónicas pueden no ser capaces de propagarse en un vacío o en condiciones de presión extrema, por lo que el entorno aplicable también debe considerarse cuidadosamente.

Además, la posición de instalación y la orientación del sensor ultrasónico también son muy importantes. El sensor debe alinearse con la superficie del material medido, y los obstáculos deben evitarse tanto como sea posible para evitar la interferencia con los ecos. Si hay un agitador u otras estructuras dentro del contenedor, se pueden generar falsos ecos. En este momento, la tecnología de procesamiento de señales debe usarse para identificar los ecos correctos. Además, el polvo, el vapor o la espuma en el aire también pueden afectar la propagación y el reflejo de las ondas ultrasónicas. En tales casos, es posible que se necesiten otras medidas para lidiar con la interferencia.

Finalmente, hay un detalle menor que necesita atención: el medidor de nivel ultrasónico tiene una cierta distancia cerca de la sonda que no se puede medir. Esto se debe a que el pulso ultrasónico emitido tiene un cierto ancho de tiempo, y el sensor aún tendrá vibraciones residuales después de emitir la onda ultrasónica. Durante este período, no se puede detectar el eco reflejado. Esta distancia se llama la zona ciega. Por lo tanto, la parte más alta del material medido generalmente no debe ingresar a la zona ciega del sensor.