Ультразвуковые уровнемеры

Ультразвуковые уровнемеры (частота выше 20 КГц) позволяют из- мерять уровень в отсутствие контакта с измеряемой средой и в труднодос- тупных местах. В ультразвуковых уровнемерах обычно используется принцип отражения звуковых волн от границы раздела «жидкость - газ (воздух)». На рис.5.14 показана измерительная схема ультразвукового уровнемера, работающего на отражении звука от границы раздела двух сред.

Прибор состоит из электронного блока (ЭБ), пьезоэлектрического излучателя (преобразователя) и вторичного прибора. Электронный блок состоит из генератора 1, задающего частоту повторения импульсов, гене- ратора импульсов 2, посылаемых в измеряемую среду, приемного усилите- ля 4 и измерителя времени 5.

Генератор 1 управляет работой генератора 2 и схемой измерения времени. Генератор 2 формирует короткие импульсы для возбуждения пье- зоэлектрического излучателя 3. Электрический импульс, преобразованный в ультразвуковой в пьезоэлектрическом излучателе, распространяется в га- зовой среде, отражается от границы раздела «жидкость – воздух», возвра- щается обратно, воздействуя спустя некоторое время на тот же излучатель,

и преобразуется в электрический сигнал. Оба импульса: посланный и отраженный, разделенные во времени, поступают на усилитель 4.

 

 

3

 

М2

ЭБ

 

 

Рис.5.14. Измерительная схема ультразвукового уровнемера:

1 – задающий генератор; 2 – генератор импульсов;

3 – пьезоэлектрический излучатель; 4 – усилитель;

5 – измеритель времени; 6 – вторичный прибор

Время τ между моментом посылки импульса и моментом поступле-

ния отраженного импульса является функцией высоты измеряемого уров-

ня, т. е.

τ = 2(Нmax – h) / с, (5.7)

где Нmax – максимальный измеряемый уровень; h – текущий уровень; с -

скорость распространения ультразвука в измеряемой среде.

Постоянное напряжение, пропорциональное времени запаздывания отраженного сигнала (уровню), получаемое в измерителе времени, подает- ся на вторичный прибор 6.

Химические и физические свойства среды не влияют на результат измерения, полученный ультразвуковым методом, поэтому без проблем может измеряться уровень агрессивных, абразивных, вязких и клейких ве- ществ. Однако необходимо помнить, что на скорость распространения ультразвука оказывает влияние температура воздуха в среде его распро- странения. Кроме того, будучи сильно зависимой от температуры, ско- рость ультразвука зависит от давления воздуха: она увеличивается с рос- том давления. Связанные с изменениями давления в нормальной атмосфе-

ре относительные изменения скорости звука составляют приблизительно

5%. Скорость ультразвука также зависит от состава воздуха, например, от процентного содержания СО2 и влажности. Влияние относительной влаж- ности на скорость ультразвука является меньшим по сравнению с влияни- ем, оказываемым температурой и давлением: дополнительная разница ско- рости в сухом и насыщенном влагой воздухе составляет около 2%.

Основные достоинства метода:

• бесконтактный;

• применим для загрязнённых жидкостей;

• реализация метода не предъявляет высоких требований к износо-

стойкости и прочности оборудования;

• независимость от плотности контролируемой среды.

Недостатки:

• большое расхождение конуса излучения;

• отражения от нестационарных препятствий (например, мешалок)

могут вызвать ошибки измерения;

• применим только в резервуарах с нормальным атмосферным давле-

нием;

• на сигнал оказывают влияние пыль, пар, газовые смеси и пена.