超聲波液位計的應用

 

　　超聲波對液體、固體的穿透本領很大，在不透光的固體中可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射，形成反射成回波，碰到活動物體時能產生多普勒效應。因此，超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應用在工業中，如超聲波清洗、超聲波焊接、超聲波加工(超聲鉆孔、切削、研磨、拋光，超聲波金屬拉管、拉絲、軋制等)、超聲波處理(搪錫、凝聚、淬火，超聲波電鍍、凈化水質等)、超聲波治療和超聲波檢測(超聲波測厚、檢漏，探傷、成像等)等，工作可靠，安裝方便。

 

　　下面介紹幾種超聲波液位計的檢測應用，以本任務的液位測量為主。

 

　　1.超聲波液位檢測與控制

 

　　由于超聲波在空氣中傳播時有一定衰減，根據液面反射回來的信號就與液位位置有關，如圖5-33(a)所示。液面位置越高，信號越大;液位越低，則信號就越小。液位檢測電路由超聲波產生電路［5-33(b)］和超聲波接收電路［5-33(c)］組成。

 

　　圖5-33超聲波液位檢測原理及檢測電路圖

 

　　圖5-34為液位控制電路。A點與圖5-33(c)的A點相連接，將檢測液位信號輸入比較器同相端。當液位低于設置閥值時(可調RW)，比較器輸出為低電平，BG不導通;若液位升到規定位置，其信號電壓大于設定電壓，則比較器翻轉，輸出為高電平，BG導通，J吸合，實現液位控制。

 

　　圖5-34液位控制電路

 

　　2.超聲波測厚

 

　　超聲波測厚常用脈沖回波法，如圖5-35所示。如果超聲波在工件中的聲速c已知，設工件厚度為δ，脈沖波從發射到接收的時間間隔t可以測量，因此可求出工件厚度為

 

　　δ=ct/2(5-51)

 

　　圖5-35脈沖回波法測厚方框圖

 

　　要測量時間間隔t，可用圖5-35所示方法，將發射脈沖和反射回波脈沖加至示波器垂直偏轉板上。標記發生器輸出已知時間間隔的脈沖，也加至示波器垂直偏轉板上。線性掃描電壓加在水平偏轉板上。因此，可以從顯示屏上直接觀測發射和反射回波脈沖，并由波峰間隔及時基求出時間間隔t。

 

　　3.超聲波液位計

 

　　超聲波在流體中的傳播速度與流體的流動速度有關，據此可以實現流量測量。這種方法也不會造成壓力損失，并且適合大管徑、非導電性、強腐蝕性的液體或氣體的流量測量。下面簡單介紹時差法超聲流量計。

 

　　在管道的兩側斜向安裝兩個超聲波液位計，使其軸線重合在一條斜線上。

 

　　換能器A發射而B接收時，聲波基本上順流傳播，速度快、時間短，可表示為

 

　　B發射而A接收時，逆流傳播，速度慢、時間長，即式(5-53)中，L為兩超聲波液位計間傳播距離;c為超聲波在靜止流體中的速度;v為被測流體的平均流速。

 

　　兩種方向傳播的時間差Δt為因v?c，故v2可忽略，故得或當流體中的聲速c為常數時，流體的流速v與Δt成正比，測出時間差即可求出流速v，進而得到流量。

 

　　超聲波液位計值得注意的是，一般液體中的聲速往往在1500m/s左右，而流體流速只有每秒幾米，如要求流速測量的精度達到1%，則對聲速測量的精度需達10-5～10-6數量級，這是難以做到的。更何況聲速受溫度的影響不容易忽略，所以直接利用式(5-55)和式(5-56)不易實現流量的精確測量。