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Integrazione di un sensore ultrasonico non invasivo per il rilevamento di bolle d’aria: tubazioni, accoppiamenti, soglie e validazione

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Integrazione di un sensore ultrasonico non invasivo per il rilevamento di bolle d’aria: tubazioni, accoppiamenti, soglie e validazione

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Un sensore di bolle rileva uno stato acustico, non una dimensione universale delle bolle
Un sensore ultrasonico non invasivo per bolle d’aria si fissa attorno a un tubo e valuta la trasmissione acustica senza entrare in contatto con il fluido. Il liquido, in genere, accoppia gli ultrasuoni attraverso il tubo in modo diverso dall’aria. L’elettronica utilizza tale contrasto per classificare liquido, aria o bolla, tubo vuoto o un altro stato definito. La soglia di rilevamento è quindi una proprietà dell’intero sistema composto da tubo, fluido, sensore ed elettronica, non un diametro universale della bolla specificato indipendentemente dalle condizioni di prova.

Un’integrazione efficace inizia con la definizione dell’evento che la macchina deve rilevare e dell’azione che deve intraprendere. Una lunga colonna d’aria, una serie di piccole bolle, la schiuma, un tubo bagnato solo parzialmente e un tubo vuoto possono produrre caratteristiche temporali diverse. Il progettista del sistema deve inoltre definire i falsi allarmi consentiti, il rischio di eventi non rilevati, il tempo di risposta, lo stato di avvio, la copertura dell’autotest e cosa succede in caso di guasto del sensore, del cavo o del controller.

Come cambia il percorso acustico
In una tipica configurazione a trasmissione diretta, un trasduttore invia il segnale attraverso il tubo e un altro lo riceve. Le interfacce tra sensore, parete del tubo, liquido ed eventuali zone d’aria riflettono e trasmettono energia in base alle loro proprietà acustiche. Quando il liquido riempie la sezione di rilevamento e bagna la parete, il segnale ricevuto segue una determinata distribuzione. Una fessura d’aria o una bolla interrompe gran parte del percorso del liquido e modifica l’ampiezza, la forma d’onda, la temporizzazione o la correlazione.

Il sensore non “vede” un contorno fotografico. Osserva una forma d’onda attraverso un volume tridimensionale. La posizione della bolla, la sua lunghezza lungo il tubo, l’area della sezione trasversale coperta, la forma, il movimento, la frammentazione e l’adesione alla parete sono tutti fattori rilevanti. Lo stesso vale per la frequenza del trasmettitore, l’apertura, la pressione di serraggio, l’ovalità del tubo, la larghezza di banda di ricezione, il guadagno, la soglia e la frequenza di campionamento.