Безопасность   Согласно правилам по безопасности для

                           измерительных инструментов для регулирующей и

                           лабораторной техники NF EN 61010-1.

Для сравнения приведем технические характеристики ультразвукового уровнемера МТМ 900 отечественного производства:

 Диапазон измерения    0…4000 мм

   Выходные сигналы 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА.

    Частота импульсов   8 имп/сек

   Температура среды   -40…+80

      Напряжение питания DC 24 B + 10% - 15 %

Потребляемая мощность, не более 6 Вт

   Допустимый ток коммутации реле, не более   3 А

Условия окружающей среды

   Температура хранения    -30… +50

   Отн. влажность воздуха  

   Рабочая температура   -30… +50

   Степень защиты – корпус   IP 54

   Степень защиты – корпус сенсора   IP 67

Конструкція

      Вес     3 кг

4. Описание и обоснование выбранной конструкции

    Бесконтактный датчик уровня состоит из ультразвукового сенсора и электронного модуля с преобразователем сигнала и индикацией. Датчик устанавливается вертикально к среде измерения. Минимальное расстояние между сенсором и измеряемой поверхностью должно составлять минимум 30 см. Ультразвуковой

датчик уровня производит 8 импульсов в секунду, котрые посылаются с нижней поверхности прибора. Когда импульсы покидают прибор, они расширяются под углом G 2” (NPT 2) или при помощи любого аналогичного.

   Сенсор генерирует и излучает 8 ультразвуковых волн в секунду. При их распространении в воздухе они лишь немного ослабевают. При попадании на поверхность жидкости или твердую поверхность они отражаются и принимаются обратно сенсором. В зависимости от времени с момента излучения до момента приема сенсором обратного луча электроника производит расчет между основанием сенсора и средой, используя при этом прогрессивные методы обработки сигнала, включая температурную компенсацию и подавление нежелательных помех, возникающих на пути до измеряемой поверхности для достижения правильного и точного измерения.

5. Расчёты которые подтверждают работоспособность конструкции

5.1.  Расчеты основных конструктивных элементов

   Упругие волны характеризуются скоростью распространения С, длиной волны

Произведем расчеты для волн которые распространяются в трансформаторном масле. Скорость волны в этой среде С=1400мм/с, а частота f=8 имп/сек.

Определим частоту f, на которой ведётся контроль:

 (МГц)

где λ_оц – оценочная длина волны.

       - скорость волны в топливе.

 Рассмотрим процесс прохождения короткого импульса ультразвуковых колебаний в среде. Пьезоэлемент в виде круглого диска диаметром 2a служит одновременно излучателем и приемником ультразвука. При излучении зондирующего импульса в среде возникает ультразвуковое поле излучения, которое имеет вполне определенные пространственные границы и распределение звукового давления внутри пучка. Вблизи от излучателя на участке, называемом ближней зоной, ультразвуковой пучок почти не расходится и имеет цилиндрическую форму. Протяженность r  этой зоны равна

где f – Частота колебания волны ультразвука;

       С – Скорость распространения ультразвуковой волны.

мм

   Потеря энергии dB эхосигнала в среде 1 при отражении от акустической границы со средой 2:

Например: потеря dB при распространении сигнала из воды (Z=1.48) в сталь (Z=45.41) составляет -9.13dB; Это так же справедливо и при прохождении сигнала из стали в воду.

   Низшая (основная) собственная частота  колеблющейся по толщине свободной пластины соответствует полуволновой толщине

Из этой формулы видно что чем выше собственная частота, тем тоньше должна быть пластина.

В нашем случае пластина из цирконата-титаната свинца (ЦТС) скорость   

При колебаниях с частотой, большей основной собственной частоты, в пьезоэлементе могут возбудится свободные колебания на высших гармониках, кратных основной частоте.

   Плотность  и вычисляемое через нее волновое сопротивление

 используют в расчетах по согласованию пьезопластины со средой, куда излучается УЗ.

  Акустическую добротность (она определяет длительность колебаний после возбуждения) пластины вычисляют по формуле:

где  и  - волновые сопротивления сред, контактирующих с пластиной без промежуточных слоев.

  Для УЗ контроля наиболее важен Коэффициент двойного преобразования  - отношение амплитуды электрического напряжения принятого сигнала к напряжению возбуждающего преобразователь электрического генератора без

учета промежуточного ослабления Уз в результате затухания и расхождения лучей.

  Коэффициент преобразования при излучении – отношение амплитуд возбуждаемых акустических к возбуждающим электрическим колебаниям:

Коэффициент преобразования при приеме – отношение амплитуд возбуждаемых на входе усилителя прибора электрических колебаний к акустическим колебаниям принимаемой волны:

P и F – акустическое давление или компонента тензора напряжения;

U и U’ – электрические напряжения.

5.2. Разработка и расчет схемы включения измерительного преобразователя 

Рисунок 1- Блок- схема импульсного ультразвукового дефектоскопа

1- импульсный генератор;

2- излучающая пластина;

3- ультразвуковые колебания;

4- исследуемое изделие;