測控傳感器第4章液位、液體重量和體積側(cè)量(編輯修改稿)
2025-05-27 01:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 量和體積側(cè)量 超聲波在介質(zhì)中的傳播速度取決于介質(zhì)密度 、 介質(zhì)的彈性系數(shù)及波型 。 在同一固體中橫波聲速為縱波聲速的一半左右 ，而表面波聲速又低于橫波聲速 。 當超聲波在某一介質(zhì)中傳播 ，或者從一種介質(zhì)傳播到另一介質(zhì)時 ， 遵循如下一些規(guī)律 。 (1) 傳播速度：超聲波的傳播速度與波長及頻率成正比，即聲速為 Cf??式中： λ為超聲波的波長； f為超聲波的頻率。 (2) 超聲波的衰減：超聲波在介質(zhì)中傳播時 ， 由于聲波的擴散 、 散射及吸收 ， 能量按指數(shù)規(guī)律衰減 。 如平面波傳播時的衰減公式可寫作 20 e xxII ???式中： I0為聲源處的聲強； Ix為距聲源 x處的聲強； α為衰減系數(shù)(單位為 1 103dB/mm)， 水和一般低衰減材料的 α取值為 1～ 4。 東北石油大學(xué)華瑞學(xué)院 第 4章液位、液體重量和體積側(cè)量 (3) 超聲波的反射與折射：當超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時 ， 在兩種介質(zhì)的分界面上 ， 會發(fā)生反射與折射 。 同樣遵循反射定律和折射定律 —— 入射角的正弦與反射角的正弦之比等于入射波速與反射波速之比；入射角的正弦與折射角的正弦之比等于入射波速與折射波速之比 。 (4) 超聲波的波形轉(zhuǎn)換：若選擇適當?shù)娜肷浣?， 使縱波全反射 ， 那么在折射中只有橫波出現(xiàn)；如果橫波也全反射 ， 那么在工件表面上只有表面波存在 。 2 超聲波換能器 能將 (交流 )電信號轉(zhuǎn)換成機械振動而向介質(zhì)中輻射 (發(fā)射 )超聲波 ，或?qū)⒊晥鲋械臋C械振動轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號的裝臵稱為超聲波換能器 (或稱為探測器 、 傳感器 、 探頭 )。 超聲波傳感器一般都是可逆的 ， 既能發(fā)射也能接收發(fā)射超聲波 。 東北石油大學(xué)華瑞學(xué)院 第 4章液位、液體重量和體積側(cè)量 超聲波探頭 最常用的是壓電式探頭 。 超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片 。 超聲波傳感器的主要性能指標包括 (1) 工作頻率 。 工作頻率就是壓電晶片的共振頻率 。 當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時 ，輸出的能量最大 ， 靈敏度也最高 。 (2) 工作溫度 。 由于壓電材料的居里點一般比較高 ， 特別是診斷用超聲波探頭使用功率較小 ， 所以工作溫度比較低 ， 可以長時間地工作而不失效 。 (3) 靈敏度 。 主要取決于制造晶片本身 。 機電耦合系數(shù)大 ，靈敏度高；反之則靈敏度低 。 東北石油大學(xué)華瑞學(xué)院 第 4章液位、液體重量和體積側(cè)量 3 超聲波液位計 ? 換能器 （ 探頭 ） 發(fā)出高頻超聲波脈沖遇到被測介質(zhì)表面被反射回來 ， 部分反射回波被同一換能器接收 ， 轉(zhuǎn)換成電信號 。 ? 超聲波脈沖以聲波速度傳播 ， 從發(fā)射到接收到超聲波脈沖所需時間間隔與換能器到被測介質(zhì)表面的距離成正比 。 ? 距離值 S與聲速 C和傳輸時間 T之間的關(guān)系可以用公式表示：S=CxT/2。 東北石油大學(xué)華瑞學(xué)院 第 4章液位、液體重量和體積側(cè)量 ? 圖所示為一個典型的超聲波液位儀 。
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