كيف يعمل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية؟
قياس مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية هو استخدام انعكاس الموجات فوق الصوتية ، والنقل والانكسار ، وغيرها من الخصائص الفيزيائية ، وطرق القياس الناضجة هي قياس مستوى غير تدخلي وقياس مستوى تدخلي.
تم استخدام تقنية قياس مستوى الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في العديد من اللوحات الصناعية وتستخدم على نطاق واسع ، ولكن أساليبها ومبادئها ليست هي نفسها ، ويرجع ذلك أساسًا إلى اختلاف احتياجات المجال الصناعي ، مثل: بيئة القياس المفتوحة وبيئة القياس المغلقة ومتطلبات التحكم في التكاليف. للاحتياجات المختلفة يجب أن تكون مناسبة لطرق قياس مستوى الموجات فوق الصوتية.
قياس مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية هو استخدام انعكاس الموجات فوق الصوتية ، والانتقال والانكسار وغيرها من الخصائص الفيزيائية ، وطرق القياس الناضجة هي قياس مستوى غير تدخلي وقياس مستوى تدخلي.
طريقة قياس مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية ومبدأ المدى بالموجات فوق الصوتية هي نفسها ، تحتاج إلى حساب الفرق بين وقت انتقال الموجة الساقطة ووقت استقبال الصدى المنعكس ، ثم مضاعفة سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الوسط المقاس لتحديد ارتفاع السائل ليتم قياسها في الحاوية. هناك طريقتان لتحقيق نظام قياس مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية باستخدام طريقة منحنى سرعة الصوت.
قياس مستوى غير تدخلي
تتمثل إحدى طرق قياس مستوى السائل باستخدام مبدأ النطاق بالموجات فوق الصوتية في تثبيت مسبار القياس على الجدار الخارجي لقاع الحاوية ، باستخدام خصائص الانعكاس ونقل الموجات فوق الصوتية.
كما هو مبين في الشكل.
عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية المنبعثة من المسبار إلى الجدار الداخلي لقاع الحاوية ، يتم إنشاء صدى الانعكاس الأول بسبب تغيير وسط الانتشار. بعد ذلك ، تستمر الموجات فوق الصوتية في الانتشار في الوسط السائل المراد قياسه. عندما ينتشر إلى السطح البيني بين الغاز والسائل ، يتغير وسيط الانتشار مرة أخرى ، ويتولد صدى الانعكاس الثاني.
بافتراض أن الفرق الزمني بين الصدى الأول والصدى الثاني هو T ، يمكن الحصول على مستوى السائل في الحاوية من سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية C في السائل قيد القياس ، L = c ⋅T / 2
ميزة طريقة قياس مستوى السائل هذه هي أنه لا توجد حاجة لفتح ثقوب أو تركيب فلنجات على الحاوية التي تم اختبارها عند القياس ، ويمكن الحصول على معلومات مستوى السائل الداخلي مباشرة من خارج الحاوية ، والتي تدرك حقًا عدم قياس مستوى السائل التدخلي.
ومع ذلك ، فإن دقة القياس لهذه الطريقة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بموضع تركيب المسبار ، وكلما كان اتجاه انتقال الموجة فوق الصوتية عموديًا مع مستوى السائل المراد قياسه ، كان تأثير القياس أفضل.
بالإضافة إلى ذلك ، في عملية القياس ، تحتاج الموجة فوق الصوتية إلى المرور عبر جدار الحاوية والسائل المراد قياسه ، وهو عرضة للرواسب في قاع الحاوية ، والفقاعات السائلة والشوائب السائلة ، وعوامل أخرى. هناك العديد من القيود في عملية التطبيق العملي.
قياس مستوى التدخل
قياس مستوى التدخل
آخر هو التثبيت المسبق للمسبار فوق الصوتي على الجزء العلوي الداخلي للحاوية ، كما هو موضح في الشكل.
يستفيد هذا القياس من الخصائص العاكسة للموجات فوق الصوتية.
القياس ، الذي يتحكم فيه المضيف المثبت في الجزء العلوي من مسبار الموجات فوق الصوتية وتسجيل الوقت الأولي لـ t 0 ، عندما تصل الموجة فوق الصوتية إلى انعكاس سطح السائل المقاس ، يحدث مسبار الموجات فوق الصوتية في الجزء العلوي من الحاوية لاستقبال إشارات الموجات فوق الصوتية المنعكسة ، وإشارة الصوت إلى خرج الإشارة الكهربائية إلى المضيف ، يسجل المضيف وقت الانتشار بالموجات فوق الصوتية لـ t1.
بافتراض أن سرعة الموجة فوق الصوتية في وسط الغاز فوق داخل الحاوية المختبرة هي c ، وارتفاع الحاوية المختبرة h ، فإن وقت الموجة فوق الصوتية من أعلى الحاوية إلى مستوى السائل هو T = (t1 − t0) / 2 ، وارتفاع مستوى السائل في الحاوية هو L = h −c ⋅T
هذا النوع من طريقة قياس مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية ليس قياسًا غير تدخلي بالمعنى الدقيق للكلمة. نظرًا لتركيب مسبار القياس في الحاوية مسبقًا ، ستتأثر دقة القياس بدرجة الحرارة والضغط وعوامل أخرى في الحاوية.
بالإضافة إلى ذلك ، عندما يكون السائل المقاس تآكلًا ومتطايرًا ، فإنه يتسبب في تلف مسبار قياس المستوى ، مما يؤثر على موثوقية القياس.
ترتبط دقة القياس لطريقتين قياس مستوى السائل أعلاه بناءً على مبدأ النطاق بالموجات فوق الصوتية بسرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الوسط.
وفقًا للخصائص الفيزيائية للموجات فوق الصوتية ، تتأثر سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الوسط بسهولة بدرجة حرارة الوسط. في التطبيق العملي ، من أجل الحصول على دقة قياس أعلى ، من الضروري تصحيح سرعة الصوت والتعويض عنها.
