烨立科技对超声波液位计的解析
时间:2013-10-15 阅读:1981
一、超声波液位计原理及应用
超声波传感器是实现声、电转换的装置,又称*或超声波探头。这种装置能发射超声波和接收超声波回波,并转换成相应电信号。目前常见的超声波发射和接收器件的标称频率一般为40kHz,频率取得太低,外界杂音干扰较多,太高在传播过程中衰减较大。按作用原理不同,超声波
传感器可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种,其中压电陶瓷晶片制成的换能器zui为常用。在原理上利用压电陶瓷材料在电能与机械能之间相互
转换的功能。
压电陶瓷晶片传感器一般采用双压电陶瓷晶片制成。需用的压电材料较少,价格低廉且非常适用于气体和液体介质中。在压电陶瓷片加有大小和方向不断变化的交流电压时,据压电效应,就会使压电陶瓷晶片产生机械变形,这种机械变形的大小和方向是于外加电压的大小和方向成正比的。也就是说,在压电陶瓷晶片上加有频率为f的电压脉冲,晶片就会产生同频率的机械振动。这种机械振动推动空气等媒质,便会发出超声波。反之,如在压电陶瓷晶片上有超声波作用,将会使其产生机械变形,这种机械变形使压电陶瓷晶片产生频率与超声波相同的电信号。
超声波传感器由压电陶瓷晶片、锥形谐振板、底座、端子、金属壳及金属网构成。其中,压电陶瓷晶片是传感器的核心,锥形谐振板是发射和接收超声波的能量集中,并使传感器有一定的指向角。金属壳可防止外界力量对压电陶瓷晶片及锥形谐振板的损害,金属网也是起保护作用的,但不影响发射和接收超声波。
超声测距传感器按其作用距离可以分为大、中、小三种量程。其中,小量程探测距离小于2m,工作频率在60-300kHz之间;中量程探测距离约为2-l0m,工作频率在40-60kHz之间;大量程探测距离约为20-50m,工作频率处16-30kHz之间。
超声波传感器是超声波测距电路中的重要元件,其性能优劣直接影响到测距准确度和可靠性。超声波传感器按收发方式可分两类:一类是发射和接收分别是两种不同的分体式超声波传感器,此类传感器测距有效范围比较大,但不具备防尘、防水性能,如用于发射的CSB40T及用于接收的CSB40R。
另一类是具有双向的发射/接收功能的收发一体式超声波传感器,如TR40-16,不仅用于发射超声波,也用于接收超声波,此类超声波测距有效范围比较小,防尘、防水性能好。根据实际工作时所处的环境的要求,本系统所选用的超声波传感器为分体式超声波传感器CSB40T,其中心频率为40kHz。
CSB40T探头各项参数为:频率为40kHz,阻抗500,灵敏度为103dB(min),带宽在-3dB时为1.5K,角度zui大值为(-6dB),静电容200010%PF,zui大驱动电压150Vp-p(10%工作周期),回波灵敏度为-70dB(min),声压电平0dB=1uvolt/bar。
二、超声波流量计的特点:
超声流量计是近年来发展迅速的流量计之一,和传统的流量计,如差压流量计、转子流量计、文丘里流量计、涡街流量计等相比,超声波流量计有以下突出的优点:
(1)采用非接触式测量,换能器安装在渠道外壁而不与被测流体直接接触,基本上不干扰流场无压力损失,是一种比较理想的仪表。
(2)换能器形式多样,可适合不同场合的需要,除了用于测量水、石油等一般导声流体外,还可用来测高温、高压、高粘度、强腐蚀、非导电、易爆和放射性等导声流体。
(3)通用性好,在可测范围内,同一台流量计可测任何不同的渠道。
(4)无可动部件,无磨损,使用寿命长,重量轻。
(5)安装维修方便,不需要专门的阀门等且不必中断流体流动,不影响生产。
三、超声波流量测量
1、流量的定义
在流体的流动中,具有某一定面积的截面,把流过该截面的体积或质量与时间之比称为流量。用流体流过的体积与时间之比来表示流量时,称为体积流量(或容积流量)。用流体流过的质量与时间之比来表示流量时,称为质量流量。
一般地说,流量的测量对象就是流过管路或沟渠的流体。在这种情况下,我们来研究具有某个一定面积的管路或沟渠的截面,称流过该截面的流量为流过该管路或沟渠的流体流量。
2、流量测量方法
目前已投入使用的流量计超过了100种,这些流量测量仪表已成为过程控制与检测仪表中的重要部分。根据现代设备、现代控制及生产现场对流量检测技术的要求,流量测量方法可分为接触式与非接触式两大类。
非接触式是一种*的流量测量方法。非接触式流量测量是借助于超声波、射线、激光等发展起来的流量测量新技术,它通过安装在渠道两侧的检测装置之间接感知信号。由于检测元件不与被测流体直接接触,所以克服了传统的接触法流量测量中存在的问题。它不但可以提高测量精度(因为无节流压力损失,不破坏原来流场)及仪表寿命(因为检测元件不受流体冲击、磨蚀作用),而且可以实现用一套测量装置来测量渠道系统多个部位的流量,因而是一种具有广泛发展与应用前景的*的流量测量方法。