Акустические уровнемеры «прямого» зондирования

Акустическое «прямое зондирование» предполагает использование двух раздельных акустических преобразователей 1 и 2, расположенных в простейшем случае соосно со встречным расположением чувствительных элементов-мембран относительно друг друга. Один из преобразователей (7) является источником акустических колебаний, другой (2) — приемником.

Контролируемый объект — слой жидкости или газа представляют собой акустический канал.

Уровнемеры «прямого зондирования» в качестве информативного параметра могут использовать время прохождения ультразвукового импульса через контролируемую жидкость (рис. 5.2, а), газовую среду (рис. 5.2, б) и общее пространство, занимаемого газовой и жидкой средой (рис. 5.2, в).

Эти уровнемеры могут использовать эффект и параметры затухания ультразвукового сигнала при прохождении его через эти среды.

Последний вариант положен в основу работы диссипативных уровнемеров, описанных ниже.

Используя время прохождения в качестве информативного параметра, ультразвуковые датчики уровня по приведенным схемам на рис. 5.2 могут работать во время-импульсном, частотно-импульсном или фазовом режимах. В реализованных на практике приборах используется преимущественно время-импульсный способ.

Различие скоростей распространения звуковых волн в газовой С и жидкой С2 средах позволяет вести контроль уровня контролируемой среды за счет измерения времени распространения ультразвукового импульса от излучателя 1 до приемника 2. расположенных на верхнем и нижнем торцах сосуда (рис. 5.2, в). При этом зондируется полная высота резервуара Н, а суммарное время прохождения акустической волны.

где At, и At₂ соответственно время прохождения газового промежутка (H~h) и слоя жидкости h. При этом А?, = (H~h)/c, и At₂ = h/c₂.

Совместное решение приведенных выражений позволяет найти функцию преобразования и, соответственно, значение уровня границы раздела сред как:

где: At — время распространения акустической волны; с, и с₂ — соответственно скорости звука в газовой и жидкой средах; Н — полная высота резервуара.

Надо принимать во внимание то, что имеет место значительное затухание звука в газовой среде (рис. 5.2, б), приводящее к существенному ослаблению сигнала; изменение скорости звука при изменении температуры и состава сред, приводящее к возникновению погрешности; появление ложных сигналов за счет распространения импульса по стенкам сосуда.

Прямое зондирование контролируемой жидкой среды (рис. 5.2, а) более предпочтительно из-за значительно меньшего затухания звука и меньших требований к мощности акустических преобразователей. При этом, однако, необходим непосредственный контакт одного или обоих преобразователей с контролируемой жидкостью.