5.2超声波传感器测量液位

●项目——液位测量●任务——密闭容器液位检测►任务导入密闭容器液位检测在工业生产中，经常会使用各种密闭容器来储存高温、有毒、易挥发、易燃、易爆、强腐蚀性等液体介质，对这些容器的液位检测必须使用非接触式测量。超声波液位传感器超声波液位传感器属于非接触测量，可以避免直接与液体接触，避免液体对传感器探头损坏，并且反应速度快。方向性好，穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显著的反射把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成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元件超声波传感器在无损探伤、厚度测量、流速测量、防盗等领域有广泛应用超声波传感器应用►超声波的物理特性——声波的分类●声波是一种机械波，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。密闭容器液位检测波形类型纵波横波表面波质点振动方向与波的传播方向一致的波质点振动方向垂直于传播方向的波点振动介于横波和纵波之间►超声波的物理特性——超声波的波形►超声波的物理特性——超声波的传播特性1.传播速度：超声波的传播速度与波长及频率成正比超声波的波长超声波的频率2.当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中的传播速度不同，在两种介质面上一部分超声波被反射，另一部分超声波透射过界面，在另一种介质内传播，这两种情况称之为超声波的反射和折射。●但当它由气体传播到液体或者固体中，或者固体、液体传播到气体中时，由于介质密度相差太大而几乎发生全部反射。►超声波的物理特性——超声波的传播特性入射波

′界面介质1介质2反射波折射波密闭容器液位检测►超声波的物理特性——超声波的传播特性3.超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其强度因介质吸收能量而衰减，其衰减的程度与声波的扩散、散射、吸收等因素有关。超声波在气体中的衰减很快，当频率较高时衰减更快。传播距离增加强度衰减声波的扩散、散射、吸收等超声波仪器主要用于固体和液体中►超声波传感器的组成●定义：利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应，而用电信号经超声感知的器件。密闭容器液位检测利用各种效应研制的换能装置有时称作超声波换能器1.超声波探头超声波探头是实现声、电转换的装置，又称超声换能器或传感器。►超声波传感器的组成——超声波探头压电式磁致伸缩式电磁式●压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，这种传感器统称为压电式超声波探头●它是利用压电材料的压电效应来工作的√利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波，可作为发射探头√利用正压电效应将超声振动波转换成电信号，可用为接收探头►超声波传感器的组成——超声波探头密闭容器液位检测压电片保护膜吸收块接线压电片座压电晶片多为圆板形，两侧镀有银层，作导电的极板。吸收块所用是降低晶片的振动，吸收声能量。►超声波传感器的组成——超声波探头密闭容器液位检测●组成：并联的两个压电晶片和一个共振板。●当压电晶片的两个极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。●反之，如果两个电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械信号转换为电信号，此时成为超声波接收器。►超声波传感器的组成——耦合技术密闭容器液位检测●超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面积按存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成告饶，并造成很大的衰减。必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利入射到被测介质中。单晶直探头和双晶直探头►超声波传感器的工作原理23KHz40KHz75KHz200KHz谐振频率高检测距离短分辨力提高密闭容器液位检测►超声波传感器的工作原理密闭容器液位检测●当40KHZ的脉冲电信号加在超声波发射器上，由压电瓷激励器和谐振片转换成机械振动，经锥形辐射器将超声波振动信号以疏密波的形式向外发射出去。►超声波传感器的工作原理密闭容器液位检测●接收器收到由发射器传来的超声波后，使内部的谐振片谐振，通过声电转换作用将其转换成电脉冲信号，由于该脉冲的信号幅度小（微伏级）经信号放大器放大，最后驱动执行器使电路工作。►超声波传感器的应用——超声波测厚度●在超声波测厚技术中，应用较为广泛的是脉冲回波法。脉冲回波法测量工件厚度原理，主要是测量超声波脉冲通过工件所需的时间间隔，然后根据超声波脉冲在工件中传播的速度求出工件的厚度密闭容器液位检测主控制器脉冲发送电路接收放大器探头扫描电路标记发生器示波器►超声波传感器的应用——超声波测厚度►超声波传感器的应用——超声波测液位●应用：在化工、石油和水电等部门，超声波被广泛应用于油位、水位等的液位测量。密闭容器液位检测●原理：利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性制成。如果从法身超声波开始，到接收器接收到反射波为止的这各时间间隔已知，就可以求出分界面的位置。►超声波传感器的应用——超声波测厚度静止流体流动流体流体的速度流体的流量►超声波传感器的应用——超声波测流量●在流体中设置两个超声波传感器，均可以发射超声波也可以接收超声波，一个装在上游，一个装在下游，其距离为L。设顺流方向的传输时间为t1，逆流方向的传输时间为t2，流体静止时的超声波传输速度为c，流体流动速度为v。►超声波传感器的应用——超声波测流量则有由于超声波的速度精确测量时间流速或者流量►超声波传感器的应用——超声波探伤●应用：检测金属板材、管材、锻件和焊