6.2高压密闭容器的液位检测（课件）-《传感器及检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目六 液位检测 项目六 液位检测 目 录 1 任务一 汽车油箱的液位检测 2 任务二 高压密闭容器的液位检测 项目六 液位检测 学习目标 能掌握电容式传感器三种类型的工作原理及特性。 能理解电容式传感器的几种测量电路。 能掌握超声波的概念和传播特性等。 能理解超声波传感器的工作原理。 能理解电容式传感器和超声波传感器的应用电路。 任务二 高压密闭容器的液位检测 任务提出 在工业生产中，经常会使用各种密闭容器来储存高温、有毒、易挥发、易燃、易爆、强腐蚀性等液体介质，对这些容器的液位检测必须使用非接触式测量，一般采用超声波液位传感器。 任务二 高压密闭容器的液位检测 相关知识 超声波是一种机械波，它方向性好，穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显著的反射。利用这些物理性质，可把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成电量。超声波传感器就是利用超声波的特性，将非电量转换为电量的测量元件。超声波传感器又称为超声波换能器或超声波探头。 任务二 高压密闭容器的液位检测 一、超声波传感器的外形、 结构和特性 （一）超声波传感器的外形 超声波传感器的外形如图6-25所示。 任务二 高压密闭容器的液位检测 一、超声波传感器的外形、 结构和特性 （二）超声波传感器的结构和符号 超声波传感器按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式和电磁式等，在实际使用中，以压电式最为常用。压电式超声波传感器的内部结构如图6-26所示，主要由压电陶瓷晶片、锥形共振盘、底座、引脚、金属网和外壳等组成。 任务二 高压密闭容器的液位检测 一、超声波传感器的外形、 结构和特性 （三） 超声波传感器的特性 超声波传感器具有小角度、小盲区、测量准确、无接触、防水、防腐蚀、低成本等优点，可应用于液位，物位检测，可保证在液面有泡沫或大的晃动、不易检测到回波的情况下有稳定的输出。 任务二 高压密闭容器的液位检测 一、超声波传感器的外形、 结构和特性 （三） 超声波传感器的特性 ①检测距离：3~30m不同规格。 ②盲区：0．25m。 ③超声波工作频率：75kHz。 ④重复精度：0．5%。 ⑤输出速度：5次/s。 ⑥波束角（-6DB）：15°。 ⑦工作电压：12～15VDC（纹波<200mVpp）。 ⑧工作电流：<100 MA。 ⑨输出：4～20 MA（三线）,仪表阻抗<250Ω。 ⑩工作温度：-30～70℃（带温度补偿） 。 任务二 高压密闭容器的液位检测 二、超声波的特性 （一）声波与超声波 波是振动在弹性介质中的传播。发声体的机械振动会引起周围弹性介质中质点的振动，并由近及远地传播，这就是波。 振动频率在16Hz～20kHz之间，能为人耳所闻的机械波称为声波；频率超过20kHz的机械波称为超声波；低于16Hz的机械波称为次声波。检测中常用的超声波频率范围为几十千赫兹到几十兆赫兹。 任务二 高压密闭容器的液位检测 二、超声波的特性 （二）超声波的传播特性 ①超声波的传播速度与波长及频率成正比，即声速为：　 任务二 高压密闭容器的液位检测 二、超声波的特性 （二）超声波的传播特性 ②　当超声波通过两种不同的介质时，产生反射和折射现象。但当它由气体传播到液体或固体中，或由固体、液体传播到气体中时，由于介质密度相差太大而几乎全部发生反射。 ③　当超声波通过同种介质时，随着传播距离的增加，其强度因介质吸收能量而衰减。 任务二 高压密闭容器的液位检测 三、超声波传感器的工作原理 超声波传感器有发送器和接收器，但一个探头也可兼有发射和接收。它是利用压电效应的原理制作的。所谓压电效应是当一定方向的外力作用在已极化的压电陶瓷片上时，在其表面产生电荷的现象，这也称为正压电效应。相反，在极化方向上施加电场，它会产生机械变形，外加电场去除，机械变形消失的现象称为逆压电效应。 任务二 高压密闭容器的液位检测 四、超声波探测用耦合剂 超声波探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰；而且空气的密度很小，将对超声波造成很大的衰减。因此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。 任务二 高压密闭容器的液位检测 任务实施 一、合理选择超声波传感器的类型 根据密闭罐的检测要求，结合超声波传感器相关知识，选用超声波液位传感器进行检测。 任务二 高压密闭容器的液位检测 二、正确使用超声波液位传感器 （一）超声波液位传感器的应用条件 1.介质纯净度 ①液体中不能充满密集气泡。 ②液体中不能悬浮大量固体，如结晶物。 ③容器底部不能沉积大量泥沙及沉淀物。 任