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超声波物位传感器系统的硬件设计文献综述

 2020-04-12 08:04  

超声波测物位是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式物位测量的方法。目前,非接触式测物位常采用超声波、激光和雷达。但激光和雷达测物位造价偏高,不利于广泛的普及应用,在某些应用领域有其局限性,相比之下,超声波方法具有指向性好,能力消耗缓慢,在介质中传播的距离较远等突出的优点。作为一种特殊的声波,同样具有声波传输的基本物理特性,与物理联系紧密,应用灵活。并且更适合于高温、高粉尘、高湿度和强电磁干扰等恶劣环境下工作。无论从精度还是可靠性方面,超声波测物位都做的比较好。利用超声波测物位往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。因此超声波方法作为非接触检测和识别的手段,已越来越引起人们的重视。在机器人避障、导航系统、机械加工自动化装配及检测、自动测距、无损检测、超声定位、汽车倒车、工业测井、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用。

常见的物位测量方法及成品

物位测量要应用多种手段准确定位物位界面,并计算出当前高度。但各种物料的性质千差万别,生产中的工况差别很大,因而对不同物料的物位测量方法也多种多样。如电容式、浮于自动平衡式、压力式、超声波、激光式等。以下介绍几种常见的物位传感器及其原理:

电容式物位传感器

电容式物位传感器有两个导体电极(通常把容器壁作为一个电极),由于电极间是气体、流体或固体而导致静电容的变化,因此可以敏感物位。它的敏感元件有三种形式,即棒状、线状和板状,其工作温度、压力主要受绝缘材料的限制。电容式物位传感器可以采用微机控制,实现自动调整灵敏度,并且具有自诊断的功能,同时能够检测敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电路的故障等,并可以自动报警,实现高可靠性的信息传递。由于电容式物位传感器无机械可动部分,且敏感元件简单,形状和结构的自由 以大,操作方便,因此,它是应用最广的一种物位传感器。

浮于自动平衡式物位传感器

这种传感器通过检测平衡浮子浮力的变化来进行液位的测量。它可以配备微机,使之具有自检、自诊断和远传的功能,利用它可以高精度地测量大跨度的液位。

压力式物位传感器

一般采用半导体膜盒结构,利用金属片承受液体压力.通过封入的硅油导压传递给半导体应变片进行液位的测量。由于固态压力传感器(压阻电桥式)性能的提高和微处理技术的发展,压力式物位传感器的应用愈来愈广。近年来.已经研制出了体积小、温度范围宽、可靠性好、精度高的压力式物位传感器,同时,其应用范围也不断地拓宽。

超声波物位传感器

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