隨著自動(dòng)化程度的增加，為了保障產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，生產(chǎn)過程直接由人工監(jiān)控和干預(yù)的時(shí)代已經(jīng)遠(yuǎn)去，傳感器的重要性也越來(lái)越明顯，在傳感器技術(shù)方面要求也不再是簡(jiǎn)單的機(jī)械式和粗略式的監(jiān)控，特別是在液位監(jiān)測(cè)方面要求除了檢測(cè)的可靠性、穩(wěn)定性、同時(shí)也要求安裝、調(diào)試簡(jiǎn)單化、尺寸緊湊化、應(yīng)用多樣化，然而由于液位監(jiān)測(cè)環(huán)境的復(fù)雜性和多變性也為傳感器的應(yīng)用帶來(lái)了不少挑戰(zhàn)。下面我們針對(duì)液位的測(cè)試問題具體說說超聲波傳感器的液位測(cè)試方法以及如何選擇合適的液位測(cè)量傳感器。
超聲波傳感器的液位測(cè)試方法
超聲波傳感器是一種常用的傳感器產(chǎn)品類型，是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它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)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。
超聲波測(cè)量液位的基本原理是：由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號(hào)，在氣體中傳播，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號(hào)后計(jì)算其超聲波往返的傳播時(shí)間，即可換算出距離或液位高度。超聲波測(cè)量方法有很多其它方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：(1)無(wú)任何機(jī)械傳動(dòng)部件，也不接觸被測(cè)液體，屬于非接觸式測(cè)量，不怕電磁干擾，不怕酸堿等強(qiáng)腐蝕性液體等，因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長(zhǎng);(2)其響應(yīng)時(shí)間短可以方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后的實(shí)時(shí)測(cè)量。
系統(tǒng)采用的超聲波傳感器的工作頻率為40kHz左右。由發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖，傳到液面經(jīng)反射后返回接收傳感器，測(cè)出超聲波脈沖從發(fā)射到接收到所需的時(shí)間，根據(jù)媒質(zhì)中的聲速，就能得到從傳感器到液面之間的距離，從而確定液面。考慮到環(huán)境溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響，通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)傳播速度予以校正，以提高測(cè)量精度。計(jì)算公式為：
V=331.5+0.607T (1)
式中：V為超聲波在空氣中傳播速度;T為環(huán)境溫度。
S=V ×t/2=V×(t1-t0)/2 (2)
式中：S為被測(cè)距離;t為發(fā)射超聲脈沖與接收其回波的時(shí)間差;t1為超聲回波接收時(shí)刻;t0為超聲脈沖發(fā)射時(shí)刻。利用MCU的捕獲功能可以很方便地測(cè)量t0時(shí)刻和t1時(shí)刻，根據(jù)以上公式，用軟件編程即可得到被測(cè)距離S。由于本系統(tǒng)的MCU選用了具有SOC特點(diǎn)的混合信號(hào)處理器，其內(nèi)部集成了溫度傳感器，因此可利用軟件很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的溫度補(bǔ)償。
如何選擇合適的液位測(cè)量傳感器
許多行業(yè)的過程控制中都使用液位傳感器，選擇液位測(cè)量傳感器之前需要考慮的問題包括：測(cè)量液體還是固體？應(yīng)用環(huán)境的溫度和壓力范圍是多少？·需要點(diǎn)液位測(cè)量還是連續(xù)測(cè)量？需要多大的液位測(cè)量范圍？所測(cè)材料是否導(dǎo)電？所測(cè)材料是否會(huì)覆蓋或堆積在表面上？液體表面是否會(huì)產(chǎn)生紊流、泡沫或蒸汽？需要接觸式還是非接觸式液位測(cè)量？需要哪種輸出，模擬、繼電器、數(shù)字顯示還是其它？可見熟悉不同的液位傳感器的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，有助于幫助我們選擇更合適的液位傳感器，下面就是目前常見的液位傳感器的檢測(cè)原理。
超聲波液位傳感器，原理是檢測(cè)超聲波發(fā)送與反射的時(shí)間差來(lái)計(jì)算液位高度，安裝簡(jiǎn)單，靈活性較高，但容易受到超聲波傳播能量損耗的影響，不適用于吸波環(huán)境，如泡沫、粉塵、蒸汽等。深圳工釆網(wǎng)推薦美國(guó)SENIX 超聲波液位傳感器 - ToughSonic-50。
ToughSonic 50超聲波傳感器的大距離為50英尺（15.2米）。像所有韌性傳感器一樣，它們的耐用性和易用性在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用。此外ToughSonic 50s完全可以浸入，耐腐蝕，抗沖擊和強(qiáng)韌。ToughSonic 50s可用于三個(gè)不同的外殼，每個(gè)外殼都有RS-232或RS-485串行接口。這些9線傳感器允許多達(dá)六個(gè)同時(shí)的串行，模擬和/或開關(guān)輸出。它們也可以用SenixVIEW軟件完全配置。這些主力傳感器在世界各地在遠(yuǎn)程液位應(yīng)用和惡劣的工廠環(huán)境中使用。也被廣泛應(yīng)用于液位或高度檢測(cè)、遠(yuǎn)程液位檢測(cè)、距離-接近檢測(cè)、目標(biāo)檢測(cè)、工廠自動(dòng)化應(yīng)用等領(lǐng)域
光電液位傳感器是利用光在兩種不同介質(zhì)界面發(fā)生反射折射原理，是一種新型接觸式點(diǎn)液位測(cè)控裝置。光電液位傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高，沒有機(jī)械部件，不需調(diào)試，靈敏度高及耐腐蝕、耗電少、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，還具有耐高溫、耐高壓、耐強(qiáng)腐蝕，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小等特征。關(guān)于液位監(jiān)測(cè)深圳工釆網(wǎng)推薦英國(guó)SST 低成本光電液位傳感器 - LLC200A3SH。
LLC廉價(jià)系列液位傳感器提供單點(diǎn)液位檢測(cè)，為大批量OEM客戶特別設(shè)計(jì)傳感器含有一個(gè)紅外發(fā)射源和一個(gè)探測(cè)器，安裝位置精確，以確保兩者在空氣中達(dá)到很好的光耦合。當(dāng)傳感器的錐形端浸入液體時(shí)，紅外光會(huì)透射出錐形面，到達(dá)探測(cè)器的光強(qiáng)就會(huì)變?nèi)?。主要?yīng)用于溫泉池，漏液檢測(cè)，自動(dòng)販賣飲料機(jī)，食品與飲料機(jī)，醫(yī)療，壓縮機(jī)，打印機(jī)，水泵，家用電器，油位監(jiān)控，HVAC，機(jī)床，高低液位開關(guān)，水位控制，汽車電子等多個(gè)領(lǐng)域。
了解了各種液位傳感器的測(cè)量原理，同時(shí)，根據(jù)需要測(cè)量的液體的屬性和狀態(tài)，我們就能很好的選擇適合的液位傳感器了。
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