Бесконтактные методы и средства измерения уровня.

Акустические уровнемеры, прежде всего ультразвуковые, находят все большее применение благодаря высокой точности измерений.

Принцип действия ультразвуковых датчиков расстояния основан на излучении импульсов ультразвука и измерении, пока звуковой импульс, отразившись от объекта измерения, вернется обратно в датчик. При этом достигается разрешения до 0,2 мм (рис. 2.46).

 

 

Рис. 2.46. Принцип действия ультразвуковых датчиков уровня.

 

Благодаря тому, что пьезорезистивный преобразователь может служить как излучателем, так и приемником ультразвуковых импульсов, появляется возможность создать ультразвуковые датчики расстояния с одним преобразователем. Такой преобразователь сначала излучает короткий ультразвуковой импульс. Одновременно с этим, в датчике запускается внутренний таймер. Когда отраженный от объекта ультразвуковой импульс вернется обратно в датчик, таймер останавливается. Время, прошедшее между моментом излучения импульса и моментом, когда отраженный импульс вернулся в датчик, служит основой для вычисления расстояния до объекта. Полный контроль за процессом измерения производится с помощью микропроцессора, обеспечивающего высокую линейность измерений. Наиболее важными особенностями применений ультразвуковых датчиков служит их возможность измерять расстояния до таких сложных объектов таких как, например, сыпучие вещества, жидкости, гранулы, прозрачные или напротив сильно отражающие поверхности.

Ультразвуковые датчики уровня имеют ряд ограничений. Прежде всего, это пена и другие объекты, сильно поглощающие ультразвуковые колебания. Такое поглощение сильно уменьшает измеряемую дистанцию. Сильно изогнутые поверхности так же снижают расстояние и точность измерений, поскольку рассеивают ультразвуковые колебания в различных направлениях. Ультразвуковые датчики излучают импульс в виде широкого конуса, что так же ограничивает возможность измерения расстояния до небольших объектов, увеличивая уровень помех от других объектов, которые так же могут находиться в поле зрения датчика. Некоторые ультразвуковые датчики имеют конус с углом всего 5 градусов. Это позволяет использовать их для измерения намного меньших объектов, например таких, как бутылки или ампулы.

На рис. 2.46 дан пример микропроцессорного ультразвукового преобразователя уровня - модель 8175 фирмы Burkert. Преобразователь уровня состоит из ультразвукового датчика и блока управления с 8-ми позиционным многоязыковым индикатором, заключенным в пластиковый корпус с классом защиты IP65 (рис. 2.47). Преобразователь имеет 3-х проводной выход 4…20мА непосредственно для управления клапаном, для контроллера или внешней индикации. Простое и быстрое программирование устройства обеспечивается функциями “Teach-In” и “Simulation”. Различная форма емкостей (цилиндр, куб, сфера) может быть просто запрограммирована через задание фиксированных промежутков уровня или шаг за шагом через заполнение емкости равными порциями жидкости. Измеренная величина может отображаться как уровень, расстояние (в см, м, дюймах или футах) или непосредственно в единицах объёма (литр, м³, галлон, us-галлон). Предназначен для неконтактное непрерывное измерение уровня для жидкостей в открытых или закрытых емкостях.

Рис.2.47. Ультразвуковой датчик уровня и измерительный

преобразователь.

 

Оптические датчики расстояния

Довольно часто встает задача по бесконтактному определению расстояния до объекта, одним из способов решения которой, является применение оптических датчиков расстояния или оптических дальномеров. Выходной функцией у этих датчиков является, аналоговый (4..20 мА / 0..10 В) или цифровой выходной сигнал + , у более дорогих версий, интерфейс RS485.

Принцип работы датчика - измерения времени прохождения светового луча от датчика до объекта и обратно - приведен на рисунке 2.48.

 

 

Рис. 2.48. Принцип работы оптического датчика расстояния

Новые схемы измерения, базирующиеся на современных технологиях обработки сигнала позволяют теперь без опасений проводить измерения на прямом солнечном свете. Даже такие отражающие поверхности, как полированный металл не влияют на надежность измерений.

Датчики серии O1D включают в свой состав датчики расстояния, работающие как на рассеяном от объекта излучении, так и на отражении от рефлектора для измерения на больших дистанциях (до 75 метров). Датчики наличия объекта имеют только дискретный выход, зато они могут обнаруживать небольшие объекты за значительных расстояниях, до нескольких метров. Оптические датчики уровня сыпучих и жидких веществ могут быть совершенно незаменимы для измерения уровня вязких веществ, например для измерения уровня шоколада в кондитерском производстве.