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Integration eines nicht-invasiven Ultraschall-Luftblasensensors: Schläuche, Kopplung, Schwellenwerte und Validierung

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Integration eines nicht-invasiven Ultraschall-Luftblasensensors: Schläuche, Kopplung, Schwellenwerte und Validierung

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Ein Blasen-Sensor erfasst einen akustischen Zustand, nicht eine universelle Blasengröße
Ein nicht-invasiver Ultraschall-Luftblasensensor wird um ein Rohr geklemmt und wertet die Schallübertragung aus, ohne mit der Flüssigkeit in Kontakt zu kommen. Flüssigkeit koppelt Ultraschall im Rohr im Allgemeinen anders als Luft. Die Elektronik nutzt diesen Unterschied, um zwischen Flüssigkeit, Luft oder Blasen, einem leeren Rohr oder einem anderen definierten Zustand zu unterscheiden. Die Erkennungsschwelle ist daher eine Eigenschaft des gesamten Systems aus Rohr, Flüssigkeit, Sensor und Elektronik und kein allgemeingültiger Blasen-Durchmesser, der unabhängig von den Testbedingungen angegeben wird.

Eine erfolgreiche Integration beginnt mit der Definition des Ereignisses, das die Maschine erkennen muss, und der Maßnahme, die sie ergreifen muss. Eine lange Luftsäule, eine Folge kleiner Blasen, Schaum, ein unvollständig benetztes Rohr und ein leeres Rohr können unterschiedliche Zeitmuster erzeugen. Der Systementwickler muss außerdem zulässige Fehlalarme, das Risiko von verpassten Ereignissen, die Reaktionszeit, den Startzustand, den Umfang des Selbsttests sowie die Vorgehensweise bei einem Ausfall des Sensors, des Kabels oder der Steuerung festlegen.

Wie sich der Schallweg verändert
In einer typischen Durchstrahlungsanordnung sendet ein Wandler quer durch das Rohr und ein anderer empfängt. Grenzflächen zwischen Sensor, Rohrwand, Flüssigkeit und etwaigen Luftbereichen reflektieren und übertragen Energie entsprechend ihrer akustischen Eigenschaften. Wenn Flüssigkeit den Messabschnitt füllt und die Wand benetzt, folgt das empfangene Signal einer bestimmten Verteilung. Ein Luftspalt oder eine Blase unterbricht einen Großteil des Flüssigkeitswegs und verändert Amplitude, Wellenform, Zeitverlauf oder Korrelation.

Der Sensor „sieht“ keinen fotografischen Umriss. Er erfasst eine Wellenform in einem dreidimensionalen Volumen. Die Position der Blase, ihre Länge entlang des Rohrs, die Abdeckung des Querschnitts, ihre Form, Bewegung, ihr Zerfall und ihre Haftung an der Wand spielen eine Rolle. Ebenso wie die Sendefrequenz, die Apertur, der Klemmdruck, die Ovalität des Rohrs, die Empfangsbandbreite, die Verstärkung, der Schwellenwert und die Abtastrate.