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物料散射對超聲波物位計有何影響?
2018-09-04
相信大部分讀者閱讀了標題后,心里會給出一個答案:超聲波物位計的測量將會不準確。這一回答并不存在實質上的錯誤,但是從科學的角度出發,就難免籠統了些。本文將為大家揭開這一謎底,看看到底物料散射對超聲波物位計有何影響。
首先,我們要知道,超聲波物位計是利用超聲波脈沖信號(以下簡稱聲波)來傳遞信息的。當聲波從一種介質向另一種介質傳播時,在密度不同、聲波不同的分界面上,其傳播的方向就會發生改變,即一部分被反射(入射角=反射角),一部分折射入相鄰的介質內。超聲波物位計便是基于上述這一原理進行工作的:超聲波物位計的高頻脈沖聲波由一個壓電陶瓷換能器(探頭)發出,其聲源傳感器由一只與一塊或多塊壓電晶體相連的測量膜片組成,而聲波的發射與接收均通過這些壓電晶片得以實現。緊接著,壓電晶片供電時觸發微小的機械運動,而此機械運動由膜片轉換為聲信號(壓電晶片就是組成壓電陶瓷的主要部件,而超聲波物位計的核心所在就是其換能器的高頻脈沖聲波源——壓電陶瓷換能器)。
超聲波物位計在測量顆粒狀物料時,其在現場的測量準確性與三大因素有關,即超聲波的反射狀況、聲波波長,以及固體顆粒物的粒徑。需要注意的是,當顆粒物的粒徑接近或大于聲波波長時,則聲波會在固體物料表面產生漫反射。又由于漫反射產生作用,使得超聲波的大部分能量都被散射了,且返回換能器的只有一小部分的能量,從而導致嚴重失波的現象。這也就是為什么在某料倉工況中超聲波物位計使用正確但卻遲遲不能精準測量的原因。
在上述情況中,因考慮到聲波在實際安裝環境中的傳輸易被被測介質吸收、散射,為提高其測量準確性,建議在測量固體顆粒物的粒徑較大的物料時,選擇比實際料倉高度大2~3倍量程的超聲波物位計。例如,某料倉倉高5米,則選擇的儀表量程上限就要10~15米,這樣以來,就可以提高探頭高頻脈沖聲波能量,且可以保證物料回波信號的真實度以及能量強度。
首先,我們要知道,超聲波物位計是利用超聲波脈沖信號(以下簡稱聲波)來傳遞信息的。當聲波從一種介質向另一種介質傳播時,在密度不同、聲波不同的分界面上,其傳播的方向就會發生改變,即一部分被反射(入射角=反射角),一部分折射入相鄰的介質內。超聲波物位計便是基于上述這一原理進行工作的:超聲波物位計的高頻脈沖聲波由一個壓電陶瓷換能器(探頭)發出,其聲源傳感器由一只與一塊或多塊壓電晶體相連的測量膜片組成,而聲波的發射與接收均通過這些壓電晶片得以實現。緊接著,壓電晶片供電時觸發微小的機械運動,而此機械運動由膜片轉換為聲信號(壓電晶片就是組成壓電陶瓷的主要部件,而超聲波物位計的核心所在就是其換能器的高頻脈沖聲波源——壓電陶瓷換能器)。
在上述情況中,因考慮到聲波在實際安裝環境中的傳輸易被被測介質吸收、散射,為提高其測量準確性,建議在測量固體顆粒物的粒徑較大的物料時,選擇比實際料倉高度大2~3倍量程的超聲波物位計。例如,某料倉倉高5米,則選擇的儀表量程上限就要10~15米,這樣以來,就可以提高探頭高頻脈沖聲波能量,且可以保證物料回波信號的真實度以及能量強度。
綜上所述,當超聲波物位計安裝于料倉中測量顆粒物時,或者在測量易吸收、散射聲波的固體物料時,必須考慮選擇較大量程以保證其發射聲波有足夠能量,防止失波現象的發生。
(深圳計為自動化技術有限公司研發中心2017年9月4日發布)
TAGS : 超聲波物位計
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