Дипломная работа: Разработка системы автоматического контроля уровня сыпучих материалов в цилиндрическом резервуаре

Тип волн определяется габаритами и формой контролируемого изделия, материала. Продольными или поперечными волнами контролируют изделия относительно большой толщины, в несколько раз большей длины волны. Продольные волны используют в том случае, если УЗК необходимо ввести перпендикулярно или под небольшим углом к поверхности; поперечные – если угол ввода должен быть небольшим (35 град. и больше).

Частоту УЗК выбирают с учётом затухания УЗК в материале и габаритов контролируемых изделий; для уровнемеров затухание характеризуется самой средой контроля. Чем выше частота, тем меньше длина волны в среде, и тем хуже отражение от поверхности материала (жидкость или сыпучий материал), так как волны, длина которых меньше размеров частиц материала, многократно отражаются от частиц и тем самым поглощаются в материале; а для дефектоскопов наоборот: чем меньше длина волны, тем лучше отражение от скрытых дефектов в изделии.

Мощность импульсов вводимых в среду устанавливают изменением длительности возбуждающего импульса [2].

3.4 Помехи при контроле ультразвуковом методом

При контроле эхо методом важно, чтобы пришедший сигнал был гораздо выше фона помех, шумов. Существует несколько видов помех:

электрические помехи связаны с работой различных контактных устройств, и другой аппаратуры. От электрических помех можно бороться шунтированием шин питания керамическими конденсаторами, экранированием прибора (усилителя и фильтров);

акустические внешние помехи возникают в результате трения или ударов по контролируемому изделию (для дефектоскопов). Для уровнемеров они не столь сильно важны;

помехи приёмника уровнемера (дефектоскопа) связаны с шумами элементов усилительного тракта. Эти помехи препятствуют увеличению коэффициента усиления и ограничивают значение регистрируемого прибором сигнала. Для их подавления применяют дифференциальные усилители на операционных усилителях или на дискретных элементах, а также снимают входное сопротивление усилителя, ставят фильтры;

шумы преобразователя появляются в связи с многократным отражением УЗ в пьезоэлементе, протекторе, слое контактной жидкости и затягивают действие зондирующего импульса. По мере удаления от зондирующего импульса эти помехи исчезают. Наименьшим уровнем помех обладают преобразователи раздельного типа;

ложные сигналы возникают в результате отражения УЗК от стенок резервуара. Эти сигналы мешают выявлению истинного сигнала на экране осциллографа;

структурные помехи связаны с рассеянием УЗК на структурных неоднородностях, крупинок сыпучего материала. Эти помехи называют структурной реверберацией. Сигналы в результате рассеяния УЗК на различных неоднородностях, приходят к приёмнику в один и тот же момент времени и складываются. В зависимости от фаз отдельных сигналов они могут взаимно усилиться или ослабить друг друга. Отличительной особенностью структурных помех является наличие большого количества импульсов на всей линии развёртки экрана осциллографа или на значительном её участке. Эти импульсы часто называют «травой». Такие сигналы быстро изменяют своё положение, исчезают и появляются при небольших перемещениях преобразователя (излучателя) [2].

3.5 Коэффициент затухания

Ослабление амплитуды плоской гармонической волны в результате взаимодействия её со средой происходит по экспоненциальному закону

,

где х – путь в среде,

- коэффициент затухания.

Величина, обратная коэффициенту затухания, показывает, на каком пути амплитуда волны уменьшается в е раз, где е – число Непера, поэтому затухание измеряется в м-1. коэффициент затухания складывается из коэффициентов поглощения δп и рассеяния δр:

δ = δп+δр. (3.3)

При поглощении звуковая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии энергия остаётся звуковой, но ухолит из направленно распространяющейся волны.

В газах и жидкостях, не засоренных инородными частицами, рассеяние отсутствует, и затухание определяется поглощением. Коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты. В связи с этим в качестве характеристики поглощения звука в жидкости и газе вводят величину δ’.

δ’= , (3.4)

где δ’- коэффициент поглощения.

Коэффициент поглощения в твёрдых телах пропорционален частоте или тоже квадрату частоты. Для одной и той же среды поглощение поперечных волн при постоянной частоте меньше, чем продольных.

4. Обзор существующих аналогов

На сегодняшний день для непрерывного контроля уровня сыпучих материалов при помощи ультразвука имеется аналоги проектируемого прибора.

Отечественным аналогам является прибор УЗУ-2Т - уровнемер ультразвуковой с каналом термокомпенсации. Он предназначен для измерение уровня без контакта с контролируемой средой с возможностью температурной компенсации скорости звука.

Данный прибор предназначен для локации снизу резервуара, что не подходит для нашего случая, потому что очень велико затухание УЗ в опилках и коэффициент прохождения УЗ через металлическую стенку днища резервуара в опилки составляет менее 1%.

Так же имеются и зарубежные аналоги, но существенным недостатком является то, что их стоимость в 10 раз превышает стоимость отечественных.

Характеристики данного прибора представлены в таблице 4.1.