超声波传感器 及液位检测

1、高压密闭容器的液位检测 在工业生产中，经常在工业生产中，经常 会使用各种密闭容起来存会使用各种密闭容起来存 储高温、有毒、易挥发、储高温、有毒、易挥发、 易燃、易爆、强腐蚀性等易燃、易爆、强腐蚀性等 液体介质，对这些容器的液体介质，对这些容器的 液位检测必须使用非接触液位检测必须使用非接触 式测量，一般采用超声波式测量，一般采用超声波 液位传感器。液位传感器。 任务提出 采用超声波液位计测量时将超声波采用超声波液位计测量时将超声波 探头安装于被测容器外壁底部，无需探头安装于被测容器外壁底部，无需 开孔，安装容易，不影响现场生产，开孔，安装容易，不影响现场生产， 测量结果稳定、可靠、可实现对密闭

2、测量结果稳定、可靠、可实现对密闭 容器内液体介质液位的精确测量。容器内液体介质液位的精确测量。 超声波是一种机械波，它方向性好， 穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显 著的反射。利用这些物理性质，可把一 些非电量转换成声学参数，通过压电元 件转换电量。超声波传感器就是利用超 声波的特性，将非电量转换为电量的测 量装置。超声波传感器又称为超声波换 能器或超声波探头。 相关知识 超声检测是一种无损检测。在工业中 广泛用于金属构件、混凝土制品、陶瓷 制品的探伤及厚度检测，此外在物位、 野味、流量、流速、防盗报警以及生活 中的其他许多领域，超声波的应用也越 来越广泛。 一、超声波传感器的外形结构和特性

3、（一）超声波传感器的外形 （二）超声波传感器的特性 特点： 超声波传感器具有小角度、小盲 区、测量准确、无接触、防水、防腐 蚀、低成本等优点。可应用于液位、 物位检测，可保证在液面有泡沫豁达 的晃动、不易检测到回波的情况下有 稳定的输出。 二、超声波的特性 （一）、声波 它是一种机械波，由于发声体的机械振 动，引起周围弹性介质中质点的振动，并由 近及远的传播。 人耳能听到的声波频率在2020000Hz 范围内。频率超过20kz称为超声波，低于 20Hz称为次声波。检测中常用的超声波频 率范围为几千赫到几十兆赫。 （二）、超声波的传播特性 1.传播速度 超波超声波的传播速度与波长及频率成 正比。

4、及声速为 U=f 式中，为超声波 的波长;f为超声波的频率。 2.反射与折射 通过两种不同的介质时，超声波产生反 射和折射现象。但当它由气体传播到液体或 固体中，或由固体、液体传播到气体中时， 由于介质密度相差太大而几乎全部发声反射 。 。 3.声波的衰减 通过同种介质时，超声波随着传播速度的 增加，其强度因介质吸收能量而衰减。 介质的吸收程度与介质密度和频率有关。由于 气体密度很小，超声波在气体中的衰减很快， 当频率较高时衰减很快。因此，超声波仪器主 要用于气体和液体中。 三、超声波探测用耦合剂 超声波探头与被测物体接触时，探头与被 测物体表面间存在一层空气薄层，空气将引起 3个界面间强烈的

5、杂乱反射波，造成干扰，并 造成很大的衰减。为此，必须将接触面之间的 空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介 质中。在工业中，经常使用一种称为耦合剂的 液体物质，使之充满在接触层中，起到传递超 声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、 甘油、水玻璃、胶水、化学糨糊等。 一、合理选择超声波传感器的类型 根据密闭罐的检测要求，结合超声 波传感器相关知识，选用超声波液位 传感器进行检测。 任务实施 二、正确使用超声波液位传感器 （一）超声波液位传感器的应用条件 1.介质纯净度 液体中不能充满密集气泡。 液体中不能悬浮大量固体，如结晶物。 容器底部不能沉积大量泥沙及沉淀物。 2.介质粘度 动力黏度10

6、mPas时正常测量。 10mPas动力黏度30mPas时可能会 使仪表量程减少。动力黏度30mPas时 不能测量。 注：随温度升高黏度降低，大部份黏 度的液体受温度影响更为明显，所有在 测量有黏度的液体时要注意液体温度影 响。 3.被侧容器 （1）材质 安装测量探头处的容器壁要求能够良好的 传递信号的硬质材料制成。例如：碳钢、不锈 钢、各种硬金属、玻璃钢、硬质塑料、陶瓷、 玻璃、硬橡胶等材料或其复合材料。安装测量 探头处的容器壁若为多层材料，则层间应紧密 接触，无气泡或气体夹层，该处容器壁的内外 表面应平整。例如：硫化硬橡胶层、不锈钢衬 层、钛衬层等。 （2）壁厚 被测容器壁厚为270mm。

7、（3）罐型 被测容器的罐型为球罐、卧罐、立式罐 等。 （二）、安装要求 探头安装要求 对于铁质容器，可以给探头工作端面上涂硅脂并用磁 性吸盘将其直接贴在容器底部即可；若容器外壳是玻璃 等其它材料，可以用胶将探头粘贴固定或用支架固定于 容器底部，探头指向必须与所测距离在同一直线上； 探头正上方无盘管等遮挡物； 远离罐底进液口，以避免进夜剧烈流动对测量产生影 响； 远离罐顶进液口下方位置，以避免进液冲击 使液面剧烈波动影响测量； 高于出液口或排污口，以避免罐底长期沉积 污物对测量产生影响，如不满足条件，则应有 措施保证定期清除罐底污物； 液位测量探头用磁性或焊/粘接固定方式安装 时，容器壁上的安装表面尺寸应不小于80mm 的圆面，表面粗糙度应达到1.6，倾斜度应小于 3（旁通管除外）。 （三）、工作原理 在液罐下方安装超声波发射器和接收器。 超声波传感器发射