5.2超聲波傳感器測(cè)量液位

●項(xiàng)目——液位測(cè)量●任務(wù)——密閉容器液位檢測(cè)?任務(wù)導(dǎo)入密閉容器液位檢測(cè)在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)使用各種密閉容器來儲(chǔ)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(duì)這些容器的液位檢測(cè)必須使用非接觸式測(cè)量。超聲波液位傳感器超聲波液位傳感器屬于非接觸測(cè)量，可以避免直接與液體接觸，避免液體對(duì)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(huì)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(cè)量元件超聲波傳感器在無損探傷、厚度測(cè)量、流速測(cè)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(dòng)，引起周圍彈性介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并由近及遠(yuǎn)的傳播。密閉容器液位檢測(cè)波形類型縱波橫波表面波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波點(diǎn)振動(dòng)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(zhǎng)及頻率成正比超聲波的波長(zhǎng)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(shí)，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。●但當(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(shí)，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(cè)?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(shí)，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(shí)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(chǎng)中的物理特性和各種效應(yīng)，而用電信號(hào)經(jīng)超聲感知的器件。密閉容器液位檢測(cè)利用各種效應(yīng)研制的換能裝置有時(shí)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(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，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(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，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(cè)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(dòng)，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(cè)●組成：并聯(lián)的兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板?！癞?dāng)壓電晶片的兩個(gè)極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波?！穹粗?，如果兩個(gè)電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此時(shí)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(cè)●超聲探頭與被測(cè)物體接觸時(shí)，探頭與被測(cè)物體表面積按存在一層空氣薄層，空氣將引起三個(gè)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(cè)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(cè)距離短分辨力提高密閉容器液位檢測(cè)?超聲波傳感器的工作原理密閉容器液位檢測(cè)●當(dāng)40KHZ的脈沖電信號(hào)加在超聲波發(fā)射器上，由壓電瓷激勵(lì)器和諧振片轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，經(jīng)錐形輻射器將超聲波振動(dòng)信號(hào)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(cè)●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(hào)，由于該脈沖的信號(hào)幅度?。ㄎ⒎?jí)）經(jīng)信號(hào)放大器放大，最后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器使電路工作。?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波測(cè)厚度●在超聲波測(cè)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(cè)量工件厚度原理，主要是測(cè)量超聲波脈沖通過工件所需的時(shí)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(cè)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(cè)厚度?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波測(cè)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(cè)量。密閉容器液位檢測(cè)●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(shí)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(cè)厚度靜止流體流動(dòng)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(cè)流量●在流體中設(shè)置兩個(gè)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(gè)裝在上游，一個(gè)裝在下游，其距離為L(zhǎng)。設(shè)順流方向的傳輸時(shí)間為t1，逆流方向的傳輸時(shí)間為t2，流體靜止時(shí)的超聲波傳輸速度為c，流體流動(dòng)速度為v。?超聲波傳感器的應(yīng)用——超聲波測(cè)流量則有由于超聲波的速度精確測(cè)量時(shí)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(cè)金屬板材、管材、鍛件和焊