Sensor de bolhas de ar

[Controladores]

Ola pessoal,

Esamos desenvolvendo um equipamento aqui na empresa, e preciso de um sensor que detecte bolhas de ar em uma solução de agua e outras vezes bolhas em oleo.
Ja fiza algun testes com transdutores ultrasonicos mas não tive resultado estou meio perdido alguem pode me orientar?

marco@asla.com.br

[MOR_AL]

Olá Controladores.

A diferença de impedância acústica da água e óleo, em relação a do ar é relevante. Isso causa praticamente uma reflexão total na superfície delimitadora dos fluidos (água com ar e óleo com ar), quando incidida por um feixe de ultrasom proveniente da água ou do óleo.

Envie um pulso estreito (no tempo) e meça o tempo de retorno. Havendo ar, o pulso de retorno ocorrerá antes que no caso de não haver bolhas de ar.
Obs:
Caso a distância entre a fonte de US e as bolhas forem pequenas, deve-se aumentar a frequência do US. O comprimento de onda do US (na água ou no óleo) deve ser bem menor que a distância entre a fonte e as bolhas. Cada cristal possui pelo menos uma frequência de ressonância (série). O pulso pode ter o período de meio período da frequência de ressonância para maior eficiência (não que seja necessário).
MOR_AL

[Controladores]

Saudações!!

Seguinte, estou utilizando 2 transdutores de alarme de carro, injetei uma frequência de 40Khz, com gerador de função, fiz um amplificador para receber o sinal, posicionei um de frente ao outro com uma distancia de 4mm, coloquei o osciloscopio na saida do amplificador, mas nada acontece, fica uma onda desforme, mas pude perceber que não é a onde vinda do transmissor pq com ele ligado ou desligado tudo continua do mesmo jeito.

Olá Controladores.

A diferença de impedância acústica da água e óleo, em relação a do ar é relevante. Isso causa praticamente uma reflexão total na superfície delimitadora dos fluidos (água com ar e óleo com ar), quando incidida por um feixe de ultrasom proveniente da água ou do óleo.

Envie um pulso estreito (no tempo) e meça o tempo de retorno. Havendo ar, o pulso de retorno ocorrerá antes que no caso de não haver bolhas de ar.
Obs:
Caso a distância entre a fonte de US e as bolhas forem pequenas, deve-se aumentar a frequência do US. O comprimento de onda do US (na água ou no óleo) deve ser bem menor que a distância entre a fonte e as bolhas. Cada cristal possui pelo menos uma frequência de ressonância (série). O pulso pode ter o período de meio período da frequência de ressonância para maior eficiência (não que seja necessário).
MOR_AL

[Jorge_Francisco]

Use transdutores de 4Mhz ou 5Mhz, geralmente estes são excitados com 300V por um tempo de 250 ns.

Nunca detectei bolhas em liquidos, mas creio não ser muito dificil.

[Controladores]

para usar essa tensão é complicado no meu circuito, tenho um circuito de 2MHZ pronto mas trabalha com tensão de 10V, outro ponto é onde conseguir esses transdutores, os que trabalhão em 40Khz eu consigo em qualquer loja de componentes mas esses de alta frequencia são complicados enhm.

Marco

Use transdutores de 4Mhz ou 5Mhz, geralmente estes são excitados com 300V por um tempo de 250 ns.

Nunca detectei bolhas em liquidos, mas creio não ser muito dificil.

[MOR_AL]

A velocidade de propagação da onda de US na água é de 1480m/s.
Para a frequência de 40kHz, o comprimento de onda será de :
Lambida = c / f = 1480 / 40000 = 3,7 centímetros. Para a distâncoia de 4mm você precisaria de um US com frequência de ressonância com mais de 800kHz (2 * 40kHz * 10).
Eu partiria para 4MHz aprox.
Como o circuito equivalente de transdutor US é de um LC série (ressonância em série), um LC paralelo (ressonância paralela) e um resistor em paralelo, você só vai (deveria) medir pulsos senoidais amortecidos. Como você está usando um transdutor com frequência bem baixa para a distância a ser trabalhada, então vai (deveria) medir uma baita ruídeira.
Agora, se você medir a mesma coisa com o transmissor ligado, ou desligado, então além de tudo exposto há mais um problema na montagem.
A tensão aplicada é função da potência do pulso de US desejado. Se a ressonância série apresentar uma impedância (na verdade resistência, pois a componente reativa seria nula), então vale a lei de Ohm e o cálculo da potência instantânea.
Você tem que aplicar pulsos estreitos com pelo menos a metade do ciclo da ressonância série do transdutor (observe minha postagem anterior). A taxa de repetição deve ser bem reduzida, para poder esperar o pulso refletido. Em tempo. Este pulso percorre o caminho de ida e volta, ou seja dura o dobro do tempo.
Procure entender e resolver os problemas listados com as minhas sugestões.
Já medi muito com US e dá certo. Mas tem que cooperar com a física.
MOR_AL

[Jorge_Francisco]

Muito bem moral. A construção do cristal(formato), o material do qual é construido também influencia na tensão aplicada. O tempo deve ter descontado o acrílico de proteção. Chamamos de dead zone este percurso. Outro aspecto que deve ser observado é o campo próximo.

[Controladores]

Pessoal muito boas dicas, as coisa começaram a ficar mais claras vou estudar mais o caso colocar tudo em pratica e ver qual resultado que consigo, agradeço muito a todos e assim que concluir ou tiver mais duvidas volto a postar os resultados aqui!!!


Marco

[MOR_AL]

Só complementando, Marco.

Você está com problemas em obter um transdutor de US com frequência mais alta, né?!
Nunca abri um tweeter destes antes, mas é comum acrescentar uma massa ao cristal. Esta massa tem dois efeitos:
1 - Reduz a frequência de ressonância. Veja se dá para aumentar a frequência de ressonância removendo essa massa colada ao cristal.
2 - Reduz a resistência equivalente em paralelo. Isso faz com que o "Q" do circuito baixe muito e a resposta em frequência fique mais plana (na realidade menos ressonante). Isso só é relevante para o caso do tweeter.

NUNCA EXPERIMENTEI ISSO, MAS... Você também pode usar um cristal comum para 4MHz. Destes que se usa nos MC. Com cuidado retire a canequinha. Ou melhor ainda. Procure fazer um furo fino para entrar uma agulha hipodérmica fina. Cuidado para não danificar o elemento piezelétrico. Introduza água com muito pouco óleo solúvel. Tem que retirar todo ar de dentro. Isso fará com que a propagação do US chegue até a caixinha metálica e seja transmitida. O óleo é para tentar retardar a oxidação dos contatos do cristal, que é uma camada muito fina de depósito de prata. Se for mesmo prata, há um atenuante, pois a prata oxidada também transmite eletricidade.
Aliás a sua experiência deve ser imersa em água ou óleo, caso haja ar não vai propagar quase nada.
Tente fechar o furinho com solda, sem aquecer o metal por muito tempo. Aliás, com Durepox seria ideal, pois não aqueceria a caixinha.
Quanto à potência. Use pulsos com 5 volts (ou 12v caso haja) e largura de aproximadamente Ton = 1 / (2*f_ress) e taxa de repetição de 1000 c/s. Com esta taxa o pulso percorrerá cerca de 1,4 m para cada milissegundo, o que é mais que suficiente para sua experiência. O nível do pulso de retorno é da ordem de alguns milivolts, sendo necessário um amplificador com ganho alto em 4MHz. Não deve possuir resposta em cc. Um passa-faixa com ganho seria o ideal. O feixe de US é perpendicular à face metálica maior. Use apenas um cristal. Transmita com Ton = 1 / (2*f_ress) e logo a seguir comece a monitorar o pulso de retorno. Sabendo a velocidade de propagação do US no meio que ele se encontra, e as prossíveis distâncias das bolhas, você pode monitorar o retorno em apenas um intervalo de tempo, logo após a transmissão.

Tente fazer esta experiência. Acredito que dê certo.
Boa sorte.
MOR_AL

[Jorge_Francisco]

Procure cabeçotes de ultra som na empresa End Araujo em sampa.

Existem cabeçotes monocristal e duplo cristal, a vantagem do duplo é que o emissor e o receptor são construídos de materiais diferentes, sendo um melhor receptor e o outro melhor emissor. Não lembro o nome dos materiais, mas sei que antigamente era usado quartzo, hoje não é mais usado por causa de materiais sintéticos mais sensíveis.

[MOR_AL]

Procure .... Não lembro o nome dos materiais, mas sei que antigamente era usado quartzo, hoje não é mais usado por causa de materiais sintéticos mais sensíveis.

Tem as cerâmicas PZ.
Andei "Googlando". ... Acho que um cristal de 4MHz, a um custo de aprox. R$4,00 é um ótimo compromisso custo/benefício.
MOR_AL

[Djalma Toledo Rodrigues]

Acredito que possa detetar bolhas de ar através da compressão, já que líquidos são praticamente incomprimíveis.

[Controladores]

Vou explicar um pouco melhor minha aplicação:

Tenho 2 tubos transprentes paralelos de 4mm de diametro em um passa oleo e o outro passa agua, de vez em quando passa algumas bolhas e micro bolhas de ar no meio, preciso detectar essas microbolhas, ja tentei com sensor optico mas o problema é que as vezes os tubos são feitos de materiais de pouca transparência e isso atrapalha a leitura. existe um sensor que é feito para isso que encontrei na alemanha mas o preço é muito alto, por isso estou tentando desenvolver, nesse sensor é colocado um transmissor de um lado do tubo e um receptor do outro lado e ele identifica as bolhas de ar. quero fazer um desse jeito!

[Jorge_Francisco]

4mm de diametro? O fato é que teria que fazer uma varredura na secção deste tubo, um feixe de ultrasom de 4Mhz é muito pontual.

[Jorge_Francisco]

ah, tem um detalhe. As ondas se movem de forma transversal ou longitudinal na maioria das aplicações, dependendo da forma a velocidade no material muda. Existem outras formas, como torcional, etc, mas não aplica-se a este caso.