工業用耳：液体レベルの超音波がどのように変化するか
May 12, 2025| 工業用耳：液体レベルの超音波がどのように変化するか
超音波が何であるかについて話しましょう。聞こえるサウンドの周波数範囲は、約20のHertzから20、000 Hertzです。ただし、超音波の頻度ははるかに高く、通常は20キロハツから100メガヘルツまでの範囲です。したがって、私たちの耳は超音波波を検出できません。実際、超音波は機械的波の一種です。彼らは弾性媒体で伝播することができ、頻度が高く短い波長のために、伝播中に強い方向性、重要なエネルギー、強い浸透力があります。
Solidat Measurement and Control Laboratoryへようこそ。私はあなたの楽器と機器の測定とコントロールマネージャーです。今日は、レベル測定における超音波波の適用について話しましょう。
超音波の歴史に関しては、1793年にさかのぼることができます。当時、イタリアの科学者であるスパランザニは、コウモリが超音波波を使用して周囲を感知する実験を通して発見され、超音波の謎を明らかにしました。その後、技術の開発により、超音波は検出、測定、医学などの分野で広く適用されました。工業生産では、レベルの測定が特に重要です。レベル測定とは、液体や粒状固形物などの容器またはスペースの材料の高さを測定することを指します。レベルの測定により、容器内にどれだけの材料があるかを知ることができ、それにより生産プロセスの材料バランスが確保されます。レベルを正確に制御できる場合、製品の出力と品質を確保し、安全な生産を確保することもできます。では、レベル測定で超音波はどのように使用されていますか？
簡単に言えば、超音波波は液体や固体にほとんど減衰しておらず、非常に強い浸透能力を持っています。特に光の不透明な固体では、数十メートルの距離を浸透させることができます。さらに、超音波波は強い方向性を持ち、方向に放出することができます。測定中、センサーは超音波波を放出します。波が材料の表面に遭遇すると、それらは反射します。センサーが反射波を受信した後、時差を計算することで距離を決定し、それにより液体レベルの高さを得ることができます。測定プロセス全体では、測定された培地との直接接触は必要ないため、腐食性および侵食性環境に非常に適しており、化学工学、石油、食品、医薬品、環境保護などの産業で広く使用されています。
次に、超音波レベルゲージの作業原則を見てみましょう。一般的に、超音波レベルゲージは、トランスデューサー、信号処理装置、ディスプレイまたは出力モジュールで構成されています。特定の測定手順は次のとおりです。
1。**超音波放出**：超音波レベルメーターは、たとえば2秒ごとに5回、プローブを介してターゲット材料表面に向かって固定速度で超音波パルスを放出します。
2。**超音波伝播**：超音波波は、空気中の特定の速度で伝播します。彼らが物質表面に遭遇すると、それらのいくつかは反射してエコーを形成します。エコーの強度と戻り時間は、ターゲット表面の特性に関連しています。
3。**反射波受容**：プローブは、材料表面から反射される超音波波シグナルを受け取り、それらを電気信号に変換します。同時に、超音波パルスが移動するのにかかる時間を測定します。
4。**レベルの計算**：超音波パルスの伝播時間を測定し、発光から受信までの時差を計算し、式を使用してセンサーから材料表面までの距離を計算します。式は次のとおりです。d= v×Δt÷2、vは培地の音速、Δtは超音波波の放射からエコーの受信までの時差であり、dはセンサーから材料表面までの距離です。さらに、容器の幾何学的形状と高さのパラメーターがわかっているため、式L=E -Dを使用してレベルの高さを計算できます。ここで、lは測定されたレベルの高さ、eはセンサーのベースからコンテナの底までの距離（空のタンクの高さまたは総タンクの高さ）であり、Dはセンサーからの距離です。
ただし、実際のアプリケーションでは注意すべき点がいくつかあります。第一に、音の速度は、温度、圧力、湿度などの中程度と環境条件の影響を受けます。たとえば、空気中、温度が1度上昇するたびに、音速は約0。したがって、実際の測定では、温度センサーは通常、温度補償のために設置され、測定の精度を確保します。第二に、超音波波は真空または極度の圧力条件下で伝播できない可能性があるため、該当する環境も慎重に考慮する必要があります。
さらに、超音波センサーの設置位置と方向も非常に重要です。センサーは測定された材料の表面と整列する必要があり、エコーとの干渉を防ぐために、障害物をできるだけ回避する必要があります。容器内にスターラーまたは他の構造がある場合、誤ったエコーが生成される場合があります。この時点で、信号処理技術を使用して正しいエコーを識別する必要があります。さらに、空気中のほこり、蒸気、または泡は、超音波の伝播と反射にも影響を与える可能性があります。そのような場合、干渉に対処するために他の措置を講じる必要がある場合があります。
最後に、注意が必要な小さな詳細が1つあります。超音波レベルメーターは、測定できないプローブの近くに一定の距離を持っています。これは、放出された超音波パルスの特定の時間幅があり、センサーには超音波波を放出した後も残留振動があるためです。この期間中、反射されたエコーを検出できません。この距離はブラインドゾーンと呼ばれます。したがって、測定された材料の最も高い部分は、通常、センサーのブラインドゾーンに入るべきではありません。