5.2超聲波傳感器測量液位

●項目——液位測量●任務(wù)——密閉容器液位檢測?任務(wù)導(dǎo)入密閉容器液位檢測在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會使用各種密閉容器來儲存高溫、有毒、易揮發(fā)、易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕性等液體介質(zhì)，對這些容器的液位檢測必須使用非接觸式測量。超聲波液位傳感器超聲波液位傳感器屬于非接觸測量，可以避免直接與液體接觸，避免液體對傳感器探頭損壞，并且反應(yīng)速度快。方向性好，穿透力強(qiáng)，遇到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著的反射把一些非電量轉(zhuǎn)換成聲學(xué)參數(shù)，通過壓電元件轉(zhuǎn)換成電量超聲波傳感器就是利用超聲波的特性，將非電量轉(zhuǎn)換為電量的測量元件超聲波傳感器在無損探傷、厚度測量、流速測量、防盜等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用超聲波傳感器應(yīng)用?超聲波的物理特性——聲波的分類●聲波是一種機(jī)械波，由于發(fā)聲體的機(jī)械振動，引起周圍彈性介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動，并由近及遠(yuǎn)的傳播。密閉容器液位檢測波形類型縱波橫波表面波質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向一致的波質(zhì)點(diǎn)振動方向垂直于傳播方向的波點(diǎn)振動介于橫波和縱波之間?超聲波的物理特性——超聲波的波形?超聲波的物理特性——超聲波的傳播特性1.傳播速度：超聲波的傳播速度與波長及頻率成正比超聲波的波長超聲波的頻率2.當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時，由于在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同，在兩種介質(zhì)面上一部分超聲波被反射，另一部分超聲波透射過界面，在另一種介質(zhì)內(nèi)傳播，這兩種情況稱之為超聲波的反射和折射?！竦?dāng)它由氣體傳播到液體或者固體中，或者固體、液體傳播到氣體中時，由于介質(zhì)密度相差太大而幾乎發(fā)生全部反射。?超聲波的物理特性——超聲波的傳播特性入射波

′界面介質(zhì)1介質(zhì)2反射波折射波密閉容器液位檢測?超聲波的物理特性——超聲波的傳播特性3.超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度因介質(zhì)吸收能量而衰減，其衰減的程度與聲波的擴(kuò)散、散射、吸收等因素有關(guān)。超聲波在氣體中的衰減很快，當(dāng)頻率較高時衰減更快。傳播距離增加強(qiáng)度衰減聲波的擴(kuò)散、散射、吸收等超聲波儀器主要用于固體和液體中?超聲波傳感器的組成●定義：利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應(yīng)，而用電信號經(jīng)超聲感知的器件。密閉容器液位檢測利用各種效應(yīng)研制的換能裝置有時稱作超聲波換能器1.超聲波探頭超聲波探頭是實(shí)現(xiàn)聲、電轉(zhuǎn)換的裝置，又稱超聲換能器或傳感器。?超聲波傳感器的組成——超聲波探頭壓電式磁致伸縮式電磁式●壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭●它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的√利用逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭√利用正壓電效應(yīng)將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，可用為接收探頭?超聲波傳感器的組成——超聲波探頭密閉容器液位檢測壓電片保護(hù)膜吸收塊接線壓電片座壓電晶片多為圓板形，兩側(cè)鍍有銀層，作導(dǎo)電的極板。吸收塊所用是降低晶片的振動，吸收聲能量。?超聲波傳感器的組成——超聲波探頭密閉容器液位檢測●組成：并聯(lián)的兩個壓電晶片和一個共振板?！癞?dāng)壓電晶片的兩個極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。●反之，如果兩個電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為電信號，此時成為超聲波接收器。?超聲波傳感器的組成——耦合技術(shù)密閉容器液位檢測●超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物體表面積按存在一層空氣薄層，空氣將引起三個界面間強(qiáng)烈的雜亂反射波，造成告饒，并造成很大的衰減。必須將接觸面之間的空氣排擠掉，使超聲波能順利入射到被測介質(zhì)中。單晶直探頭和雙晶直探頭?超聲波傳感器的工作原理23KHz40KHz75KHz200KHz諧振頻率高檢測距離短分辨力提高密閉容器液位檢測?超聲波傳感器的工作原理密閉容器液位檢測●當(dāng)40KHZ的脈沖電信號加在超聲波發(fā)射器上，由壓電瓷激勵器和諧振片轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動，經(jīng)錐形輻射器將超聲波振動信號以疏密波的形式向外發(fā)射出去。?超聲波傳感器的工作原理密閉容器液位檢測●接收器收到由發(fā)射器傳來的超聲波后，使內(nèi)部的諧振片諧振，通過聲電轉(zhuǎn)換作用將其轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，由于該脈沖的信號幅度?。ㄎ⒎墸┙?jīng)信號放大器放大，最后驅(qū)動執(zhí)行器使電路工作。?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波測厚度●在超聲波測厚技術(shù)中，應(yīng)用較為廣泛的是脈沖回波法。脈沖回波法測量工件厚度原理，主要是測量超聲波脈沖通過工件所需的時間間隔，然后根據(jù)超聲波脈沖在工件中傳播的速度求出工件的厚度密閉容器液位檢測主控制器脈沖發(fā)送電路接收放大器探頭掃描電路標(biāo)記發(fā)生器示波器?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波測厚度?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波測液位●應(yīng)用：在化工、石油和水電等部門，超聲波被廣泛應(yīng)用于油位、水位等的液位測量。密閉容器液位檢測●原理：利用超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性制成。如果從法身超聲波開始，到接收器接收到反射波為止的這各時間間隔已知，就可以求出分界面的位置。?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波測厚度靜止流體流動流體流體的速度流體的流量?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波測流量●在流體中設(shè)置兩個超聲波傳感器，均可以發(fā)射超聲波也可以接收超聲波，一個裝在上游，一個裝在下游，其距離為L。設(shè)順流方向的傳輸時間為t1，逆流方向的傳輸時間為t2，流體靜止時的超聲波傳輸速度為c，流體流動速度為v。?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波測流量則有由于超聲波的速度精確測量時間流速或者流量?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波探傷●應(yīng)用：檢測金屬板材、管材、鍛件和焊