Ултразвукови датчици

В много отрасли на промишлеността при различни технологични процеси се налага определянето на нива на течности в открити и закрити резервоари. При тези условия широко приложение намират ултразвуковите датчици. Те представляват пиезоелемент /чувствителна част/ и подходяща електронна схема. Принципа на действие се заключава в изменение енергията на звуковата вълна, при преминаването и през среди с различно акустично съпротивление. Ултразвуковите датчици са универсални при контрол на всякакъв вид течности: прозрачни и оптически непрозрачни, взриво и пожароопасни, агресивни, електропроводими и електронепроводими. Характеризират се с висока шумозащитеност, пожаро и взривобезопасност, проста конструкция, устойчивост на удари и вибрации, широк диапазон на температура и налягане. Висока точност и бързодействие. Това обуславя широкото им приложение в промишлеността.

Принципна схема

Ултразвуковите датчици могат да се монтират хоризонтално, вертикално или под ъгъл спрямо контролирания обект. Принципа на действие се основава на излъчване на ултразвукови импулси и измерване, докато звуковия импулс отразен от обекта на измерване се върне обратно в датчика. Благодарение на това, че пиезоелемента може да служи както като излъчвател, така и като приемник на ултразвукови импулси, има възможност за създаване на ултразвуков датчик за разстояние с един преобразувател.

Такъв преобразувател първо излъчва кратък ултразвуков импулс. Едновременно с това в датчика се включва вътрешен таймер. Когато отразения от обекта импулс се върне обратно в датчика, таймера спира. Времето между излъчения и отразения импулс, служи за основа на изчисляване на разстоянието до обекта. Пълния контрол на процеса на измерване се осъществява с микропроцесор, който обезпечава висока линейност на измерването.

Голямо преимущество на ултразвуковите датчици е способността им да измерват разстояние до такива сложни обекти като гранули, насипни материали, течности, прозрачни или силно отразяващи повърхности. Също така могат да измерват големи разстояния при относително малки размери на корпуса.

Използването на ултразвуковите датчици има и известни ограничения. Например при измерване на разстояние до обекти състоящи се от силно нагънати повърхности /пяна и др./ които силно поглъщат ултразвуковите колебания и разсейват отразения импулс. Това силно намаля измерваната дистанция. Излъчвания импулс е с форма на широк конус, което допълнително ограничава възможността за измерване на разстояние до малки обекти, увеличавайки нивото на паразитни сигнали от други обекти в зоната на действие на датчика. За да се избере подходящ датчик е необходимо да се отговори на няколко въпроса: От какво се състои обекта на измерване; какво е разстоянието до него; каква е необходимата точност; колко бързо се движи обекта; какви неблагоприятни условия съществуват; какъв изходен сигнал е необходим; какво е пространството за монтаж на датчика.