Figura 3.4. Setarea contorului de distanță a ecartamentului
în hangarul garajului.
1 - 3. manometre;
4. unitatea de măsură;
5. Unitate de afișare.
Un astfel de contor necesită o muncă destul de complexă pentru instalarea senzorilor, numărul cărora trebuie să corespundă numărului de zone detectabile. Cu toate acestea, aceste manometre pot fi ușor deteriorate în timpul diferitelor lucrări din această încăpere.
În acest sens, aplicația cea mai potrivită este metoda de localizare cu ultrasunete.
3.2. Metoda de localizare cu ultrasunete.
Dispozitivele ultrasonice (2) sunt caracterizate de simplitatea dispozitivului și de confortul de funcționare; permite funcționarea într-o gamă largă de temperaturi pentru sarcini mari de vibrații și șocuri; au o fiabilitate ridicată, o funcționare fără probleme într-o perioadă lungă de timp și o precizie ridicată.
Totuși, este foarte dificil să se creeze traductoare acustice eficiente, deoarece atunci când radiația oscilațiilor ultrasonice de la materiale solide la gaz se datorează unei diferențe semnificative între rezistențele acustice ale acestor medii, se produce o pierdere semnificativă de energie pentru reflexie. Aceasta necesită o amplificare mai mare a semnalului de ecou, ceea ce complică proiectarea instrumentului. În plus, locația este influențată în mod semnificativ de divergența de difracție, ceea ce duce la o atenuare semnificativă a semnalului sonor recepționat.
Contoarele ultrasonice moderne utilizează ca discuri vibratoare electroacustice din piezoceramică sau aliaje speciale. Pentru a crește puterea de radiație, discurile sunt lipite împreună printr-o anumită tehnologie și un dispozitiv special de potrivire a acustic este instalat înaintea discului (2). O caracteristică distinctivă a contoarelor moderne este și faptul că emițătorul și receptorul impulsurilor ultrasonice sunt combinate într-un singur nod (1).
Schema structurală a dispozitivului cu ultrasunete este prezentată în Figura 3.5.
Generatorul [2] generează impulsuri electrice cu o anumită rată de repetare, care sunt transformate în ultrasunete printr-un traductor acustic [1]. Impulsurile după transformarea inversă sunt amplificate de blocul [3].
Figura 3.5. Dispozitiv ultrasonic
pentru a măsura distanța.
Semnalul de ieșire unificat este format prin intermediul unui convertor de compensare care include un circuit de coincidență [4], un dispozitiv de amplificare-conversie [5] și un element de reacție [6], care este o unitate de conversie a tensiunii într-un interval de timp. Semnalul de ieșire este format prin urmărirea automată de către blocul 6 în spatele poziției semnalului reflectat. Blocul 6 constă dintr-un generator de tensiune din fierăstrău și un comparator. Tensiunea de fierăstrău este aplicată la o intrare a comparatorului, tensiunea de ieșire este aplicată la cealaltă intrare a comparatorului. Semnalul reflectat de la ieșirea blocului [3] și impulsurile dreptunghiulare de la ieșirea blocului [6] intră în circuitul de coincidență [4].
Dacă frontul semnalului reflectat nu coincide cu partea frontală a impulsului dreptunghiular, se generează un semnal de dezechilibru care, cu ajutorul unui dispozitiv de amplificare-conversie, modifică semnalul de ieșire. Acest lucru are loc până când semnalul de dezechilibru scade la zero.
Pentru metoda localizării unui impuls ultrasonic prin aer, unul dintre cei mai importanți factori este raportul dintre valoarea semnalului ecou primit și nivelul de zgomot (nivelul zgomotului). Acest raport reglează posibilitatea acestei metode, determină magnitudinea așa-numitei "zone moarte", unde un semnal nu poate fi recepționat datorită unui nivel ridicat de interferență și determină de asemenea nivelul maxim fix (vezi figura 3.6.).
Efectul reverberării sau după sondarea unui senzor radiant, atunci când este simultan un receptor (lucrul la un senzor) va fi mai lung, cu atât este mai mare factorul de calitate al senzorului.
După cum se arată în figura 3.6. Intervalul măsurătorilor în funcție de timp (și, respectiv, de distanța) este determinat de valorile lui u. În același timp, acesta poate fi extins din stânga, cu o scădere a perioadei de transmisie (timp de sondare) și o creștere a amortizării senzorului (o scădere mai pronunțată a curbei de reverberație). Pe de altă parte, acesta poate fi extins din dreapta, când nivelul semnalului transmis este mărit, iar nivelul de interferență este redus.
Un alt factor care afectează eficiența contoarelor este intervalul de frecvență de funcționare. Frecvențele optime sunt determinate de valorile: pentru mediul aerian (2). În acest caz, este necesar să se țină seama de faptul că dacă precizia citirii distanței crește cu frecvență în creștere, atunci crește absorbția (și împrăștierea) undei ultrasonice. Pe măsură ce frecvența scade, pierderile cresc din cauza divergenței geometrice a fasciculului ultrasonic.
3.3. Precizia măsurătorilor.
Eroarea generală de măsurare a produsului în curs de dezvoltare, volumul produsului tehnologic realizat pe baza unui contor ultrasonic de distanță, constă dintr-un număr de factori externi și interni. Factorii externi se bazează pe trăsăturile de reflecție și recepție ale semnalului ecoului ultrasonic, precum și pe modificările vitezei de ultrasunete, în funcție de parametrii mediului de propagare.
Eroarea datorată zgomotului la intrarea căii de recepție / amplificare apare ca urmare a faptului că, sub influența zgomotului, poziția temporală a punctului de fixare a frontului impulsului fluctuează. Eroarea de limitare a numărării atunci când se ia în considerare zgomotul este (5):
,
unde este lărgimea de bandă a căii de recepție / amplificare;
- raportul semnal-zgomot la ieșirea detectorului.
Eroarea cauzată de valoarea finală a frontului de semnal se datorează faptului că semnalul de la ieșirea căii de recepție și de amplificare nu va apărea în momentul inițierii impulsului, dar când semnalul ecoului ajunge la nivelul pragului. În acest caz, eroarea va fi determinată:
,
unde este amplitudinea semnalului de ecou;
- timpul de stabilire a procesului.
Pentru a crește precizia măsurării nivelului, se recomandă să setați câștigul căii de recepție cât mai mare posibil în condițiile de operare.
Următorul tip de eroare se datorează instabilității generatorului de impulsuri de numărare. Pentru a minimiza aceste erori, generatorul de impulsuri de numărare trebuie realizat pe baza unui oscilator cuarț.
La elaborarea instrumentului, toate erorile enumerate trebuie luate în considerare astfel încât eroarea totală să nu depășească valoarea specificată în TOR.