超聲波液位計(jì)的應(yīng)用

 

　　超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)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(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射，形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體時(shí)能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此，超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在工業(yè)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(zhì)等)、超聲波治療和超聲波檢測(cè)(超聲波測(cè)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(jì)的檢測(cè)應(yīng)用，以本任務(wù)的液位測(cè)量為主。

 

　　1.超聲波液位檢測(cè)與控制

 

　　由于超聲波在空氣中傳播時(shí)有一定衰減，根據(jù)液面反射回來(lái)的信號(hào)就與液位位置有關(guān)，如圖5-33(a)所示。液面位置越高，信號(hào)越大;液位越低，則信號(hào)就越小。液位檢測(cè)電路由超聲波產(chǎn)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(cè)原理及檢測(cè)電路圖

 

　　圖5-34為液位控制電路。A點(diǎn)與圖5-33(c)的A點(diǎn)相連接，將檢測(cè)液位信號(hào)輸入比較器同相端。當(dāng)液位低于設(shè)置閥值時(shí)(可調(diào)RW)，比較器輸出為低電平，BG不導(dǎo)通;若液位升到規(guī)定位置，其信號(hào)電壓大于設(shè)定電壓，則比較器翻轉(zhuǎn)，輸出為高電平，BG導(dǎo)通，J吸合，實(shí)現(xiàn)液位控制。

 

　　圖5-34液位控制電路

 

　　2.超聲波測(cè)厚

 

　　超聲波測(cè)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(shè)工件厚度為δ，脈沖波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔t可以測(cè)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(cè)厚方框圖

 

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

 

　　3.超聲波液位計(jì)

 

　　超聲波在流體中的傳播速度與流體的流動(dòng)速度有關(guān)，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。這種方法也不會(huì)造成壓力損失，并且適合大管徑、非導(dǎo)電性、強(qiáng)腐蝕性的液體或氣體的流量測(cè)量。下面簡(jiǎn)單介紹時(shí)差法超聲流量計(jì)。

 

　　在管道的兩側(cè)斜向安裝兩個(gè)超聲波液位計(jì)，使其軸線重合在一條斜線上。

 

　　換能器A發(fā)射而B(niǎo)接收時(shí)，聲波基本上順流傳播，速度快、時(shí)間短，可表示為

 

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

 

　　兩種方向傳播的時(shí)間差Δt為因v?c，故v2可忽略，故得或當(dāng)流體中的聲速c為常數(shù)時(shí)，流體的流速v與Δt成正比，測(cè)出時(shí)間差即可求出流速v，進(jìn)而得到流量。

 

　　超聲波液位計(jì)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(cè)量的精度達(dá)到1%，則對(duì)聲速測(cè)量的精度需達(dá)10-5～10-6數(shù)量級(jí)，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(shí)現(xiàn)流量的精確測(cè)量。