Termokings.ru

Домашний Мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ультразвуковые датчики уровня особенности применения

Ультразвуковые датчики уровня особенности применения

Ультразвук – это звуковые колебания, не воспринимаемые человеческим слухом, частотой выше 20 000 Гц.

С развитием технологий явление ультразвука нашло широкое применение в современной жизни: в промышленности, медицине, охранной деятельности. Так, например, при измерении уровня вещества также используется принцип распространения/отражения ультразвуковых волн.

Ультразвук часто используется в системах автоматики производственных процессов пищевой, нефтегазовой, металлургической, энергетической, химической промышленности, благодаря бесконтактному измерению уровня материала. Ультразвуковые датчики значительно дешевле других приборов бесконтактного типа.

Ультразвуковые датчики (Часть 2). Типы и работа. Применение

Ультразвуковые датчики обладают своими особенностями, определяющими их сферу применения. Они имеют малую дальность функционирования, направление сигнала, малую скорость распространения волн. Главным достоинством датчиков является низкая цена.

Типы ультразвуковых датчиков

Основные типы датчиков, работа которых основана на скорости ультразвука в различных средах.

Аналоговые ультразвуковые датчики

Работа такого датчика заключается в том, что время прохождения ультразвука в датчике создается в форме аналогового сигнала. Изготовители производят комбинированные датчики с двумя выходами: аналоговым и переключательным. В таких датчиках можно задавать границы измерения внутри интервала обнаружения.

Различные исполнения датчиков имеют аналоговый выход с возможностью сигнала выхода от 4 до 20 миллиампер, либо выход напряжения до 10 вольт. Существуют также датчики с автоматическим переключением вида выхода в зависимости от типа нагрузки.

Границы измерения в разных датчиках имеют возможность регулировки:
  • Заданием свойств по интерфейсу.
  • С помощью кодирующих переключателей.
  • Двумя потенциометрами.
Цифровые ультразвуковые датчики

Существуют датчики, которые обрабатывают сигнал в цифровой вид. В них предусмотрен цифровой дисплей с прилагаемым устройством обработки данных. Чаще всего применяется интерфейс RS – 232. Это позволяет создать информативный диалог между устройством управления и датчиком, что в свою очередь увеличивает гибкость использования датчика и дает возможность более полно применять его функциональные возможности.

Цифровой интерфейс позволяет вводить параметры, необходимые для обработки сигнала. Такими параметрами являются пределы интервала обнаружения, вид переключения выхода, режим зондирования, параметры и свойства среды. Одним датчиком можно обнаружить объект, и вычислить на каком расстоянии он находится. В датчиках имеются два вспомогательных переключателя выхода.

Интеллектуальные датчики

Кроме регулируемых датчиков с возможностью настройки, существуют самообучающиеся датчики. Они могут сохранить в памяти диаграмму сигнала отражения при включении или активации конфигурации. В конце этого процесса поступающие сигналы подлежат сравнению с сохраненными ранее сигналами. Датчик взаимодействует только с отличающимися от сохраненных сигналами. В результате в интервале обнаружения посторонние объекты никак не влияют.

Инновационные ультразвуковые датчики из-за широкого применения возможностей и научных достижений в области электроники характерны своими малыми размерами. Поэтому они требуют совсем незначительное количество места для монтажа. В малом объеме корпуса заключено много сложнейших функций: компенсация температуры, синхронизация, предварительная конфигурация и т.д.

Датчики способны обнаруживать объекты бесконтактным методом в интервале 30-500 мм.

Интеллектуальные ультразвуковые датчики используются в устройствах для определения уровня наполнения емкости, сохраняют в памяти сигнал отражения при пустой емкости. При этом сохраняются все отраженные сигналы от специальной оснастки, которая вмонтирована в емкость, например, спирали нагревания, мешалки, аварийные трапы. Если уровень наполнения емкости изменяется, то отраженные сигналы сравниваются с первоначальным значением.

«Обнаруженными» являются объекты, которые не присутствовали на предварительной конфигурации. Помехи в виде случайных сигналов в результате проверки на достоверность исключаются.

Сфера использования
Работа эхолота

Действие ультразвукового датчика можно рассмотреть на работе прибора, определяющего глубину моря, то есть, эхолота. На пьезоэлемент 2 подается переменное напряжение, возникают колебания ультразвука, которые имеют направление вертикально вниз.

Импульс ультразвука отражается и поступает на пьезоэлемент 2. Электронный прибор 3 определяет время t между отправленным и принимаемым импульсами. Можно рассчитать глубину моря по формуле, из которой видно, что глубина h прямо зависит от скорости звука v и времени t: h = v * t / 2.

Шкала прибора отградуирована в метрах. Подобным образом работает ультразвуковой локатор, который определяет дальность до препятствия по ходу корабля в прямом направлении. Существуют животные, у которых есть органы чувств, работающие на ультразвуковом принципе, например, дельфины, летучие мыши.

Уровнемеры и дефектоскопы

В ультразвуковых дефектоскопах и уровнемерах применяется свойство отражения ультразвука от границы сред. Отношение между энергиями излучающих и отраженных колебаний является коэффициентом отражения. Он имеет значительную величину в средах с разными скоростями звука и плотностью. На границе сталь-вода коэффициент отражения равен 88, а на границе трансформаторное масло-вода – 0,6. Однако даже при незначительных коэффициентах отражения величина отраженного сигнала достаточна для определения положения границы сред.

Единицей измерения удаленности до границы сред является время распространения колебаний до нее и обратно до приемника. С помощью способности ультразвука проходить через любые среды можно производить измерения бесконтактным методом, не касаясь среды.

Читать еще:  Технический фен 1800 Вт с регулировкой температуры

Ультразвуковые уровнемеры работаю чаще всего по принципу передачи импульсов в среду. Пьезоэлемент работает поочередно излучателем и приемником.

Импульсы высокой частоты подаются от генератора 2 по проводнику к датчику, излучающему колебания ультразвука в контролируемую среду. Они отражаются от раздела сред и приходят обратно к пьезоэлектрическому элементу, преобразующему колебания в сигнал электрического тока.

Сигнал проходит через усилитель 3 и поступает на устройство измерения 4, которое определяет время между отправлением импульса генератором 2 и возвращением его в усилитель. В итоге многоразового отражения импульса могут возвратиться несколько сигналов, которые уменьшаются в амплитуде и опаздывающие на равное время.

Частота импульсов не должна быть очень большой, так как отраженные сигналы должны успеть возвратиться до отправления следующего импульса. Такие уровнемеры работают с точностью 1% при уровне измерения около 10 метров при повышенной температуре, давлении, в агрессивной среде. В воздушном пространстве колебания ультразвука затухают намного быстрее, чем в жидкостях и твердых телах. Поэтому в устройстве расходомера излучатель целесообразно установить под емкостью с жидкостью, а не над ней.

Ультразвуковые расходомеры

Принцип действия ультразвукового расходомера заключается в эффекте суммирования скорости ультразвука в среде со скоростью перемещения среды. Пьезоэлементы 1 и 2 находятся возле трубопровода и приводятся в действие от генератора 3. Каждый пьезоэлемент поочередно действует приемником и излучателем с помощью переключателя 4.

В результате колебания ультразвука проходят в одну сторону попутно потоку среды, а другую сторону навстречу потоку. По потоку скорости колебаний складываются со скоростью потока, а в обратном направлении вычитаются.

Сигналы, прошедшие по среде, усиливаются с помощью усилителя 5 и проходят на устройство измерения 6. Разность фаз колебаний прямо зависит от скорости среды. Шкала прибора градуируется для каждой отдельной среды. Если прибор применяется для другой среды, то градуировка должна меняться.

Датчики парковки

Чаще всего датчики применяются в автомобилях в системах парковки. Датчики с повышенной дальностью работы широко применяются в системах управления транспортом в автоматическом режиме. Принцип их действия аналогичен принципу рассмотренных выше датчиков. Парктроники могут устанавливаться на различные модели автомобилей.

Действие парктроника основано на ультразвуковом принципе излучения. Это позволяет определить приближение автомобиля к другим предметам, ограждению и т. д. В этой системе ультразвуковые датчики являются генераторами ультразвука, и в то же время приемниками отраженных импульсов. В центральном контроллере сигнал обрабатывается и вычисляет расстояние до объекта. Парковочные датчики работают в ограниченной зоне, поэтому они применяются группами.

Датчики парковки отличаются моделями по типу монтажа. Существуют накладные и врезные модели. Врезные датчики устанавливаются в бампер. Предварительно в нем сверлятся специальные отверстия для монтажа.

Накладные датчики крепятся на клеевую основу. Их преимущество в том, что нет необходимости механического воздействия на бампер. Также существуют проводные модели датчиков и беспроводные устройства. Беспроводные датчики легче монтировать, однако многие автолюбители отказываются от них из-за повышенного влияния различных помех на работу датчиков.

Расположение и качество

Рассмотренный пример с измерением толщины также иллюстрирует влияние расположения датчика. В идеале нужно проводить измерения сразу после валов, чтобы уменьшить время между возникшей ошибкой и измерением толщины. Чем дальше расположен датчик от валов, тем больше будет длина слишком толстого или слишком тонкого листа.

Рис. Импульсы ультразвукового датчика уровня, расположенного вверху емкости, распространяются быстрее в верхних теплых слоях воздуха по сравнению с воздухом у поверхности жидкости. Это сокращает время распространения импульса до жидкости и обратно, следовательно датчик выдает данные о более высоком уровне жидкости, чем это есть на самом деле. Помещая датчик максимально близко к поверхности жидкости, можно свести к минимуму влияние температурного градиента

С увеличением расстояния ошибка будет быстро нарастать. Результат управляющего сигнала (например, уменьшить толщину листа) будет проанализирован поздно. За это время валы сожмутся слишком сильно, и лист станет слишком тонким. В результате давление валов будет колебаться от слишком высокого до слишком низкого, и огромное количество материала будет испорчено поперечными складками.

Устройство и технические характеристики

Эти приборы могут определять высоту, ширину и диаметр объектов, используя один или несколько датчиков. Элементы могут быть выбраны или отклонены в зависимости от их размеров или профилей.

Ультразвуковой датчик расстояния определяет пространство до объекта, измеряя время, затраченное звуком для его отражения. Частота звука находится в диапазоне ультразвука, что обеспечивает более точное направление звуковой волны. Это происходит благодаря тому, что звук, находящийся на более высокой частоте, рассеивается в окружающей среде.

В приборе находится две мембраны. Одна из них производит звук, а другая принимает отражённое эхо. В роли мембран в устройстве обычно выступают динамик и микрофон. Звуковой генератор создает короткие ультразвуковые импульсы и запускает таймер. Вторая мембрана регистрирует приход звукового импульса и останавливает таймер. Из полученному времени можно рассчитать путь, который преодолел звук. Расстояние до объекта составляет половину пути, пройденного звуковой волной.

Читать еще:  Пневмоковш для штукатурки: устройство и требуемый штукатурный раствор

Популярные модели

Современный рынок предлагает много моделей сигнализаторов. Самые популярные из них:

  1. ДЕ-1 (датчик емкостный). Чаще всего этот сигнализатор используется в агрессивных средах химической и металлургической промышленности. Он позволяет контролировать температуру и уровень сыпучих и жидких веществ. Нередко используется в установках аварийной защиты.
  2. ЭСУ-1 (электронный сигнализатор уровня). Корпус этой модели изготовлен из высококачественной стали и фторопласта. Чаще всего ЭСУ-1 устанавливают во взрывоопасных и агрессивных средах. Источник электропитания находится за пределами технологической среды. Датчик измеряет уровень нефти, спирта и воды. Блок питания выполнен из прочного алюминиевого сплава.
  3. РУ-305 (реле уровня). Этот прибор предназначен для контроля состояния жидких сред. Его корпус выполнен из особого материала и может с легкостью выдерживать температуры от -50 до +50 градусов Цельсия. Однако РУ-305 запрещается применять в агрессивных химических средах. Из недостатков этого уровнемера потребители отмечают лишь то, что он работает только в одном положении, без наклона. Измерение уровня осуществляется посредством перемещения магнита с поплавком и срабатывания герконом. Измерения имеют точность не более 5 мм.
  4. СУ-100 (сигнализатор уровня). Датчик для измерения уровня сыпучих и жидких веществ. В конструкции СУ-100 присутствует электромагнитное реле.
  5. Rosemount 5600. Этот радарный датчик уровня позволяет бесконтактно измерять любую разновидность веществ. Чтобы добиться максимально точных показаний, уровнемер необходимо правильно установить. Точность показаний устройства может ухудшаться из-за воздействия электромагнитного излучения. Корпус обладает взрывозащитной конструкцией и дисплеем, на котором отображается вся необходимая информация. Rosemount 5600 может использоваться для измерения температурных показателей в резервуаре. Чтобы в полной мере оценить возможности этого оборудования, ему необходима квалифицированная настройка с учетом диаметра трубопровода, длины уровнемера и расстояния между уровнем и опорной точкой.

Сложные модели целесообразно приобретать лишь для промышленного применения. Для бытовых целей подходят простейшие варианты уровнемеров.

Принцип работы ультразвукового датчика положения

Ультразвуковые датчики используются для вычисления временного промежутка, который может потребоваться звуку для движения от прибора к тому или иному объекту и назад к датчику (функционирование в диффузионном режиме), либо для проверки — был ли принят отправленный сигнал определенным отдельным приемником (для оппозиционного режима работы).

Ультразвуковой датчик положения

Датчик положения применяется с целью контроля наличия или местоположение разных механизмов, а также для того, чтобы осуществлять подсчет присутствующих объектов. Такой прибор может быть использован и в роли сигнализатора предельного уровня разного рода жидкости либо сыпучих веществ.

Встречаются три основных режима работы ультразвуковых датчиков: оппозитный режим, диффузионный режим, и рефлекторный режим.

Для оппозитного режима характерны два отдельных устройства, передатчик и приемник, которые монтируются друг напротив друга. Если ультразвуковой пучок прерывается объектом, выход активизируется. Такой режим подходит для работы в тяжелых условиях, когда важна устойчивость к интерференции. Ультразвуковой пучок только один раз проходит сигнальное расстояние. Такое решение отличается высокой стоимостью, поскольку требуется монтаж двух устройств – передатчика и приемника.

Выделяют несколько особенностей

  1. Большой диапазон, ведь ультразвуковой пучок преодолевает сигнальное расстояние всего лишь один раз
  2. Достаточно быстрое переключение
  3. Не очень воспринимает интерференцию, что позволяет использовать его в довольно трудных условиях
  4. Сравнительно высокая стоимость монтажных работ, потому что необходимо установить два датчика — передатчик и приемник

Диффузионный режим обеспечивается передатчиком и приемником, находящимися в одном корпусе. Стоимость такого монтажа значительно ниже, однако время срабатывания дольше, чем при оппозитном режиме.

Диапазон обнаружения здесь зависит от угла падения на объект и от свойств поверхности объекта, поскольку луч должен отражается от поверхности самого обнаруживаемого объекта.

Для рефлекторного режима излучатель и приемник также находятся в одном корпусе, однако ультразвуковой луч теперь отражается от рефлектора. Объекты в диапазоне обнаружения обнаруживаются как путем измерения изменений в расстоянии, которое проходит ультразвуковой луч, так и путем оценки потерь на поглощение или отражение в отраженном сигнале. Звукопоглощающие предметы, а также предметы с угловыми поверхностями легко обнаруживаются при таком режиме работы датчика. Важное условие – не должно изменяться положение опорного рефлектора.

Ультразвуковой дальномер HC-SR04

В этом уроке мы будем работать с датчиком HC-SR04 и контроллером Ардуино Уно. Этот популярный дальномер умеет измерять расстояние от 1-2 см до 4-6 метров. При этом, точность измерения составляет 0.5 — 1 см.

Встречаются разные версии одного и того же HC-SR04. Одни работают лучше, другие хуже. Отличить их можно по рисунку платы на обратной стороне. Вот одна из версий:

Читать еще:  Технология механического сверления древесины (стр. 1 из 3)

Выбор модели

Доступны дискретная и аналоговая модели с осевым или радиальным расположением трансдюсера.

US C31P
Ультразвуковой датчик с дискретным выходом с 2-мя программируемыми порогами переключения (НО, НЗ или окно или функция «с отражателем»).

US C81P
Ультразвуковой датчик для измерения расстояния с аналоговым выходом 0. 10В или 4…20мА. Автоматическое определение характера нагрузки. Программирования верхнего и нижнего пределов.

Применение датчика расстояния и обзор видов

В эру технологий и всеобъемлющего прогресса нельзя даже предположить, что даже самая незначительная часть человеческой жизни останется без внимания. К примеру, на данный момент для улучшения процесса измерения расстояний широкое применение получил специальный датчик. Теперь нет никакой необходимости ходить по земельному участку с линейкой. Все можно сделать не покидая своего места. Причем результат будет получен в течение нескольких минут.

На фото представлены различные виды датчиков расстояния

Что это такое?

Под термином датчик расстояния понимают программу или устройство, которое необходимо для того, чтобы проводить «бесконтактное» измерение длины, высоты или ширины объекта.

Необходимо отметить, что устройство этого типа имеет следующие особенности:

  • Все приборы имеют различное разрешение: от 0,01 мм до 1 мм;
  • Каждое из устройств занимается измерением расстояния. Причем все они могут использовать разный метод замера.
  • Имеют небольшие габаритные размеры.
  • Не требуют особых навыков при эксплуатации.

Для удобства датчик этого вида встраивают непосредственно в смартфон. Именно за счет него у многих пользователей сети и любителей заниматься спортом появилась возможность замерять пройденное расстояние и «проработанную» нагрузку.

Также стоит отметить, что датчик расстояния входит в одну область с датчиком присутствия и движения. Фактически ими «занимается» одно программное обеспечение, но вот функции выполняет различные.

Принцип работы

Фактически работа датчиков расстояния сводится к тому, что прибор посылает сигнал (лазерный луч, ультразвуковое излучение, ИК-луч или магнитный поток) и в конечном итоге получает два результата. Расстояние до конечной точки и расстояние до первоначальной его стороны. Так при разности этих двух замеров можно получить размер объекта. Именно это обозначение и будет выводиться на экран.

На данный момент на отечественном рынке специального оборудования можно приобрести различные виды датчиков необходимых для измерения расстояния. Наиболее популярными являются следующие разновидности датчиков:

    ИК датчик расстояния – этот вариант устройства использует для определения расстояния инфракрасный луч;

ИК датчик расстояния на фото

На снимке представлен оптический датчик расстояния

Лазерный

Если речь заходит о лазерном датчике, то по мнению опытных специалистов следует отдавать предпочтение следующим вариантам исполнения:

    Аrduino – этот прибор зарекомендовал себя на отечественном рынке как один из самых надежных и качественных.

На фото лазерный датчик расстояния Аrduino

На снимке изображен лазерный датчик расстояния высокой точности

Ультразвуковой

В том случае, если предпочтение было отдано датчику, необходимому для измерения расстояния, ультразвукового типа, то стоит выбирать из трех следующих вариантов:

    НС sr04 – изделие имеет разрешение от 2см до 400 см. предназначено для замера крупногабаритных объектов.

Ультразвуковой датчик измерения расстояния НС sr04 на фото

ультразвуковой датчик измерения расстояния

Стоимость

В зависимости от функциональных возможностей датчиков для измерения расстояния и компании производителя стоимость данного оборудования может варьироваться в промежутке от 2 300 до 6 000 рублей.

К тому же на цену технического оборудования этого типа влияет еще и техническая составляющая. Если прибор может огибать препятствия и имеет высокий уровень распознавания погрешностей в измерении, то его цена существенно возрастет.

Где купить датчик расстояние?

  1. Интернет-магазин Прицелься.ру, г. Москва, Багратионовский проезд. д.7 ТВЦ «Горбушкин двор» павильон B1-054, Контактный телефон: +7 (495) 798 78 11;
  2. Компания Алламо г.Москва, ул. Ярославская, д. 15, корп.2, этаж 6(мансарда), офис А, м. ВДНХ, Контактный телефон: 8 (495) 565-33-12, 8 (800) 555-41-73 (бесплатно со всех телефонов РФ).
  3. Торговая компания ЛазерСтрой г. Москва, ул. Декабристов, д. 4, корп. 3 (ст.м.»Отрадное»), Контактный телефон: 8(495) 664-36-57; 8(926) 394-17-86.
  1. Компания 220 Вольт, г.Санкт-Петербург, ул. 18-я линия, В.О.,29, Контактный телефон: +7 (812) 6220220;
  2. ООО ВладМи, г. Санкт-Петербург, ул. Кузнецовская, 21 оф.11, Контактный телефон: +7 (812) 387-02-48;
  3. Торговая компания Новобыт, г. Санкт-Петербург, Парнас, 3-й Верхний переулок, д. 9. Контактный телефон: 8 800 250 5815.

Видео

Смотрите видео-ролик об ультразвуковом датчике расстояния HC-RS04:

Не следует самостоятельно пытаться отремонтировать устройства этого типа. Если на корпусе будут иметься повреждения механического характера или, к примеру, будет сорвана гарантийная пломба, компания производитель даст отрицательный ответ в обслуживании. Иными словами, если будут нарушены первичные условия, то организация не обязана выполнять бесплатный ремонт датчика измерения расстояния.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×