3. Акустичні рівнеміри

Існують і знаходять застосування акустичні рівнеміри трьох основних типів - локаційні рівнеміри, рівнеміри поглинання й резонансні. Всі вони реалізують різні фізичні явища, пов'язані з поширенням звуку в пружному (рідинному або газовому) середовищі. Так, локаційні рівнеміри реалізують ефект відбиття звукової хвилі від поверхні розділу середовищ.

Генератор випромінює в рідину пакет імпульсів високої (ультразвукової) частоти. Відбитий від границі розділу "рідина-газ" сигнал уловлюється приймачем ультразвукових коливань. Час t між моментом посилки зондувального імпульсу й моментом приходу відбитого від рівня імпульсу пов'язаний з поточним значенням рівня h залежністю

t = 2(H – h)/c,

де с - швидкість звуку в контрольованому середовищі і Н – висота резервуара.

Час t фіксується відповідною вимірювальною схемою й перетворюється у вихідний сигнал рівнеміра, пропорційний (при постійному й відомому значенні с) поточному значенню рівня h. Локація рівня може провадитися знизу й зверху. У другому випадку за часом проходження ультразвукових коливань крізь газ визначається товщина газової подушки. Локація знизу має переваги, тому що при цьому потрібна менша потужність випромінювача й менше посилення сигналу в прийомній частині рівнеміра. Звичайно діапазон робочих частот становить 20-100 кГц при зондуванні крізь газ і 0,1 - 2 МГц при зондуванні крізь рідину.

Недолік локаційних рівнемірів - їхня підвищена чутливість до включень у рідині (мікросуспензій, пухирців газу). Цей недолік відсутній у двоканальних рівнемірів, що працюють за схемою збігів. У цьому випадку випромінювання ультразвукових коливань здійснюється одночасно двома датчиками. Відбиті сигнали підсилюються й підсумовуються, спрацьовування системи виміру часу відбувається тільки від сумарного сигналу. Якщо ж через наявність включень у зоні роботи якого-небудь датчика один з відбитих сигналів випереджає інший, система виміру часу не спрацьовує й, тим самим, виключається можливість помилкового виміру рівня. Інший спосіб усунення впливу неоднорідності рідини й деформації рівня - використання звуководів. У цьому випадку локація рівня провадиться зверху, але не крізь газ, а крізь спеціальний рідинний або металевий звуковід. У точці зустрічі звуковода з рідиною відбувається відбиття сигналу, за часом приходу якого до приймача й визначається положення рівня рідини. Такі рівнеміри (зі звуководами) мають порівняно невисоку достовірність (порядку ±3 %), але значно розширюються їхні експлуатаційні можливості.

Принцип дії дисипативних ультразвукових рівнемірів заснований на явищі розсіювання (поглинання) звукової енергії в речовині. У найпростішому випадку дисипативний рівнемір складається з випромінювача и приймача, встановлених на дні й кришці судини. Вихідний сигнал рівнеміра, пропорційний відношенню інтенсивностей звукових хвиль, що випромінюються та реєструються, пов'язаний з поточним значенням рівня нелінійною залежністю. Нелінійність функції перетворення (градуювальні характеристики), а також низький ККД, обумовлений відбиттям звукової енергії від границі розділу "рідина-газ" (наприклад, інтенсивність заломленої ультразвукової хвилі при проходженні крізь межу "вода-повітря" становить усього 0,001 від падаючої), перешкоджає промисловому освоєнню дисипативних рівнемірів.

Принцип дії резонансних рівнемірів полягає в збудженні коливань стовпа газу над рівнем рідини й у фіксації резонансної частоти, при якій спостерігається виникнення стоячої хвилі.

Датчик рівнеміра являє собою трубчастий резонатор достатньої для утворення стоячої хвилі довжини, яка повинна бути не менш трьох діаметрів резонатора й забезпечувати необхідний діапазон виміру рівня h. Для збудження коливань у резонаторі використовуються магніто-електричні перетворювачі - зазвичай стрічкові мікрофони.

Основні недоліки резонансних рівнемірів - складність і громіздкість конструкції (особливо при великих діапазонах вимірювань рівня), а також істотний вплив на їхні показання змін швидкості з поширення звуку в газовому середовищі.