超聲波液位計(jì)測量原理及常見故障處理學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1超聲波液位計(jì)測量原理超聲波液位計(jì)測量原理(yunl)及常見故障及常見故障處理處理第一頁，共19頁。第1頁/共19頁第二頁，共19頁。(1) 超聲波的傳播類似于光線，遵循(zn xn)幾何光學(xué)的規(guī)律，具有反射、折射現(xiàn)象，也能聚焦，因此可以利用這些性質(zhì)進(jìn)行測量、定位、探傷和加工處理等。在傳播中，超聲波的速度與聲波基本相同。第2頁/共19頁第三頁，共19頁。(2) 超聲波的波長很短，與發(fā)射器、接收器的幾何尺寸相當(dāng)，由發(fā)射器發(fā)射出來的超聲波不向四面八方發(fā)散，而成為方向性很強(qiáng)的波束，波長愈短方向性愈強(qiáng)，因此超聲用于探傷(tn shng)、水下探測，有很高的分辨能力，能分辨出非常微小的缺陷或物體。

2、(3) 能夠產(chǎn)生窄的脈沖，為了提高探測精度和分辨率。要求(yoqi)探測信號的脈沖極窄，但是一般脈沖寬度是波長的幾倍(如要產(chǎn)生更窄的脈沖在技術(shù)上是有困難的)，超聲波波長短，因此可以作為窄脈沖的信號發(fā)生器。第3頁/共19頁第四頁，共19頁。(4)功率大，超聲波能夠產(chǎn)生并傳遞強(qiáng)大的能量。聲波作用于物體時，物體的分子也要隨著(su zhe)運(yùn)動，其振動頻率和作用的聲波頻率一樣，頻率越高，分子運(yùn)動速度越快，物體獲得的能量正比于分子運(yùn)動速度的平方。超聲頻率高，故可以給出大的功率。第4頁/共19頁第五頁，共19頁。 目前在空氣中的超聲波測量系統(tǒng)大多依靠縱波來實(shí)現(xiàn)。而實(shí)際測量用的超聲波主要集中在頻率為 40

3、kHz 的范圍內(nèi)。其中(qzhng)，靠近低頻段主要用于空氣和液體介質(zhì)中的測量系統(tǒng)，中頻和高頻段主要用于固體介質(zhì)的測量。這主要是由于介質(zhì)對聲波能量的吸收隨聲波頻率的升高而增加，頻率越高，聲波在介質(zhì)中衰減就越快。而在固體介質(zhì)中，測量的量程比較短(例如超聲波探傷，測工件厚度等)，在液體和氣體中，測量的量程比較長(例如空氣中的超聲波測距，海洋中測深度等)，因此，氣體和液體中測量所選擇的聲波頻率就要比固體介質(zhì)中低。第5頁/共19頁第六頁，共19頁。第6頁/共19頁第七頁，共19頁。壓電效應(yīng) 某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷

4、。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)(yj)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。 第7頁/共19頁第八頁，共19頁。 壓電陶瓷晶片傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成，如圖所示。需用(x yn)的壓電材料較少，價格低廉且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷片加有大小和方向不斷變化的交流電壓時，據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向是于外加電

5、壓的大小和方向成正比的。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f 的電壓脈沖，晶片就會產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動。這種機(jī)械振動推動空氣等媒質(zhì)，便會發(fā)出超聲波。反之，如在壓電陶瓷晶片上有超聲波作用，將會使其產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲波相同的電信號。雙壓電晶片示意圖 第8頁/共19頁第九頁，共19頁。 當(dāng)在 A，B 間施加交流電壓時，若上片的電場方向與極化方向相同，則下面的方向相反，因此，上下一伸一縮，形成超聲波振動。壓電陶瓷(toc)晶片有一個固有的諧振頻率，即中心頻率 F0，發(fā)射超聲波時，加在其上面的交變電壓頻率要與它的固有諧振頻率一致，接收超聲波時，作用在它上面的超聲機(jī)

6、械波的頻率也要與它的固有諧振頻率一致。這樣，超聲波傳感器才有較高的靈敏度，當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷(toc)晶片的幾何尺寸，就可以非常方便地改變其固有頻率。雙壓電晶片示意圖 第9頁/共19頁第十頁，共19頁。 超聲波傳感器由壓電陶瓷晶片、錐形諧振板、底座、端子、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成。如圖所示。其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形諧振板是發(fā)射和接收超聲波的能量集中，并使傳感器有一定的指向角。金屬殼可防止外界力量對壓電陶瓷晶片及錐形諧振板的損害(snhi)，金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射和接收超聲波。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖第10頁/共19頁第十一頁，共19頁。 超聲測距傳感器按其作用距

7、離可以分為大、中、小三種量程。其中，小量程探測(tnc)距離小于2m，工作頻率在 60-300kHz 之間；中量程探測(tnc)距離約為 2-l0m，工作頻率在40-60kHz 之間；大量程探測(tnc)距離約為 20-50m，工作頻率處16-30kHz 之間。 超聲波傳感器按收發(fā)方式可分兩類：一類是發(fā)射和接收(jishu)分別是兩種不同的分體式超聲波傳感器，此類傳感器測距有效范圍比較大，但不具備防塵、防水性能。另一類是具有雙向的發(fā)射/接收(jishu)功能的收發(fā)一體式超聲波傳感器，不僅用于發(fā)射超聲波，也用于接收(jishu)超聲波，此類超聲波測距有效范圍比較小，防塵、防水性能好。 第11頁/共19頁第十二頁，共19頁。第12頁/共19頁第十三頁，共19頁。第1