الأذنين الصناعية: كيف تتغيرات "يسمع" الموجات فوق الصوتية في المستوى السائل

الأذنين الصناعية: كيف تتغير "يسمع" الموجات فوق الصوتية في المستوى السائل

دعنا نتحدث عن الأمواج بالموجات فوق الصوتية. يتراوح نطاق تردد الأصوات الذي يمكننا سماعه تقريبًا بين 20 هيرتز و 20 ، 000 hertz. ومع ذلك ، فإن تواتر الموجات فوق الصوتية أعلى بكثير ، يتراوح عادة من 20 كيلو هرتز إلى 100 ميجاهرتز. لذلك ، لا يمكن لآذاننا اكتشاف الموجات بالموجات فوق الصوتية. في الواقع ، الموجات بالموجات فوق الصوتية هي نوع من الموجة الميكانيكية. يمكنهم الانتشار في الوسائط المرنة ، وبسبب تواترها العالي وطولها الموجي القصير ، لديهم اتجاهات قوية ، وطاقة كبيرة ، وقوة اختراق قوية أثناء الانتشار.

مرحبًا بكم في مختبر القياس والتحكم في Solidat. أنا أداة قياس ومراقبة المعدات الخاصة بك. اليوم ، دعنا نتحدث عن تطبيق الموجات فوق الصوتية في قياس المستوى.

عندما يتعلق الأمر بتاريخ الموجات فوق الصوتية ، يمكن إرجاعه إلى عام 1793. في ذلك الوقت ، اكتشف عالم إيطالي ، سبالانزاني ، من خلال تجارب أن الخفافيش تستخدم الموجات فوق الصوتية لاستشعار محيطها ، وبالتالي كشفت النقاب عن لغز الموجات فوق الصوتية. في وقت لاحق ، مع تطور التكنولوجيا ، تم تطبيق الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في مجالات مثل الكشف والقياس والطب. في الإنتاج الصناعي ، يعد قياس المستوى مهمًا بشكل خاص. يشير قياس المستوى إلى قياس ارتفاع المواد في الحاويات أو المساحات ، مثل السوائل والمواد الصلبة الحبيبية. من خلال قياس المستوى ، يمكننا معرفة مقدار المواد الموجودة في الحاوية ، وبالتالي ضمان توازن المواد في عملية الإنتاج. إذا كان يمكن التحكم في المستوى بدقة ، فيمكنه أيضًا ضمان إخراج وجودة المنتجات ، وكذلك ضمان الإنتاج الآمن. لذا ، كيف يتم استخدام الموجات فوق الصوتية في قياس المستوى؟

بعبارات بسيطة ، فإن الموجات بالموجات فوق الصوتية لديها القليل من التوهين في السوائل والمواد الصلبة ، ولديها قدرة اختراق قوية للغاية. خاصة في المواد الصلبة غير المعتمة للضوء ، يمكنها اختراق مسافة عدة عشرات من الأمتار. علاوة على ذلك ، فإن الموجات بالموجات فوق الصوتية لها اتجاهات قوية ويمكن أن تنبعث منها اتجاهي. أثناء القياس ، ينبعث المستشعر الموجات فوق الصوتية. عندما تصادف الأمواج سطح المادة ، فإنها سوف تنعكس مرة أخرى. بعد أن يستقبل المستشعر الموجة المنعكسة ، يمكنه تحديد المسافة عن طريق حساب الفرق الزمني ، وبالتالي الحصول على ارتفاع مستوى السائل. لا تتطلب عملية القياس بأكملها اتصالًا مباشرًا مع الوسيلة المقاسة ، لذلك فهي مناسبة جدًا للبيئات المسببة للتآكل والتآكل وتستخدم على نطاق واسع في الصناعات مثل الهندسة الكيميائية والبترول والغذاء والمستحضرات الصيدلانية وحماية البيئة.

بعد ذلك ، دعونا نلقي نظرة على مبدأ العمل في مقياس المستوى بالموجات فوق الصوتية. بشكل عام ، يتكون مقياس المستوى بالموجات فوق الصوتية من محول الطاقة ووحدة معالجة الإشارات ووحدة العرض أو الإخراج. خطوات القياس المحددة هي كما يلي:

1. ** الانبعاثات بالموجات فوق الصوتية **: ينبعث متر الموجات فوق الصوتية نبضات بالموجات فوق الصوتية بسرعة ثابتة نحو سطح المادة المستهدفة من خلال المسبار ، على سبيل المثال ، خمس مرات كل ثانيتين.
2. ** الانتشار بالموجات فوق الصوتية **: تنتشر الموجات فوق الصوتية بسرعة معينة في الهواء. عندما يواجهون سطح المادة ، سوف ينعكس بعضها مرة أخرى لتشكيل صدى. ترتبط شدة ووقت العودة من الصدى بخصائص السطح المستهدف.
3. ** استقبال موجة الانعكاس **: يستقبل المجس إشارات الموجة بالموجات فوق الصوتية المنعكسة من سطح المادة وتحولها إلى إشارات كهربائية. في الوقت نفسه ، يقيس الوقت الذي يستغرقه النبض بالموجات فوق الصوتية للسفر.
4. ** حساب المستوى **: عن طريق قياس وقت انتشار النبض بالموجات فوق الصوتية ، وحساب الفرق الزمني من الانبعاث إلى الاستقبال ، ثم استخدم الصيغة لحساب المسافة من المستشعر إلى سطح المادة. الصيغة هي: d=v × ΔT ÷ 2 ، حيث V هي سرعة الصوت في الوسط ، ΔT هو الفرق الزمني من انبعاث الموجة بالموجة بالموجات فوق الصوتية لاستقبال الصدى ، و D هي المسافة من المستشعر إلى سطح المادة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن المعلمات الهندسية والارتفاع للحاوية معروفة ، يمكن حساب ارتفاع المستوى باستخدام الصيغة l=e - d ، حيث L هو ارتفاع مستوى المقاييس ، e المسافة من قاعدة تثبيت المستشعر إلى أسفل الحاوية (وهو ارتفاع الخزان الفارغ أو ارتفاع الخزان الكلي) ، و D هي المسافة من سطح المادة.

ومع ذلك ، هناك بعض النقاط التي يجب ملاحظتها في التطبيقات العملية. أولاً ، تتأثر سرعة الصوت بالظروف المتوسطة والبيئية ، مثل درجة الحرارة والضغط والرطوبة ، وما إلى ذلك ، على سبيل المثال ، في الهواء ، لكل زيادة في درجة الحرارة ، ستزداد سرعة الصوت بحوالي 0. 6 أمتار في الثانية. لذلك ، في القياسات الفعلية ، عادة ما يتم تثبيت أجهزة استشعار درجة الحرارة للحصول على تعويض درجة الحرارة لضمان دقة القياس. ثانياً ، قد لا تكون موجات الموجات فوق الصوتية قادرة على الانتشار في فراغ أو في ظل ظروف الضغط القصوى ، لذلك تحتاج البيئة القابلة للتطبيق أيضًا إلى النظر فيها بعناية.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن موضع التثبيت واتجاه المستشعر بالموجات فوق الصوتية مهمان للغاية. يجب محاذاة المستشعر مع سطح المادة المقاسة ، وينبغي تجنب العقبات قدر الإمكان لمنع التداخل مع أصداء. إذا كان هناك تحريك أو هياكل أخرى داخل الحاوية ، فقد يتم إنشاء أصداء كاذبة. في هذا الوقت ، يجب استخدام تقنية معالجة الإشارات لتحديد الأصداء الصحيحة. علاوة على ذلك ، قد يؤثر الغبار أو البخار أو الرغوة في الهواء على انتشار وانعكاس الموجات فوق الصوتية. في مثل هذه الحالات ، قد يلزم اتخاذ تدابير أخرى للتعامل مع التداخل.

أخيرًا ، هناك تفاصيل بسيطة واحدة تحتاج إلى اهتمام: يحتوي مقياس المستوى بالموجات فوق الصوتية على مسافة معينة بالقرب من التحقيق الذي لا يمكن قياسه. وذلك لأن النبض بالموجات فوق الصوتية المنبعثة له عرض زمني معين ، وسيظل المستشعر لديه اهتزازات متبقية بعد انبعاث الموجة بالموجات فوق الصوتية. خلال هذه الفترة ، لا يمكن اكتشاف الصدى المنعكس. وتسمى هذه المسافة المنطقة العيادة. لذلك ، يجب أن لا يدخل الجزء الأعلى من المادة المقاسة بشكل عام إلى المنطقة العمياء للمستشعر.