超声波物位传感器
物位传感器的原理及其应用
物位传感器的原理及其应用一、引言物位传感器是一种广泛应用于工业自动化领域的传感器，用于测量和监控容器或管道中物料的水平位置，可以帮助提高生产效率、安全性和过程控制能力。
本文将介绍物位传感器的原理及其应用。
二、物位传感器的原理物位传感器的原理基于不同的测量技术，包括压力、超声波、雷达、电容、红外线等。
以下为各种原理的简要介绍：2.1 压力传感器原理压力传感器通过测量物料对传感器底部施加的压力来确定物料的水平位置。
其原理基于帕斯卡定律，即压强与液体或气体的高度成正比。
在容器底部放置一个压力传感器，并利用其测得的压力值来推算物位的高度。
2.2 超声波传感器原理超声波传感器利用超声波的反射原理来测量物料的水平位置。
传感器向物料发射超声波脉冲，并测量超声波从物料反射回来的时间差。
通过计算物料的声速和时间差，可以得到物料到传感器的距离，从而确定物料的水平位置。
2.3 雷达传感器原理雷达传感器利用雷达波的反射原理来测量物料的水平位置。
传感器发射射频信号，并接收从物料反射回来的信号。
通过计算从发射到接收的时间差和信号的相位差，可以精确测量物料的水平位置。
2.4 电容传感器原理电容传感器测量物料和传感器之间的电容变化来推算物料的水平位置。
传感器构建了一个电容结构，并测量电容器两端的电压。
当物料接近传感器时，电容的值会发生变化，从而确定物料的水平位置。
2.5 红外线传感器原理红外线传感器通过发射和接收红外线信号来测量物料的水平位置。
传感器发射红外线信号，当物料靠近传感器时，红外线信号会被物料吸收或反射。
通过检测发射和接收信号的变化，可以确定物料的水平位置。
三、物位传感器的应用物位传感器在工业自动化领域有广泛的应用，以下为一些常见的应用场景：3.1 粉状物料的物位监控物位传感器可以用来监控粉状物料的物位，比如面粉、水泥、煤粉等。
通过实时监测物料的水平位置，可以确保物料的供应和储存处于合适的状态，避免不必要的停机和浪费。
超声波传感器及应用PPT
常用的耦合剂有水、机油、甘油、水玻 璃、胶水、化学浆糊等。耦合剂的厚度 应尽量薄一些，以减小耦合损耗。
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耦合剂
超声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，并造成很大的衰 减。为此，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。在工业中，经常 使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触 层中，起到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自 来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。
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主要章节
9.1超声波及其物理性质 9.2超声波探头及耦合技术 9.3超声波传感器的应用
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9.1超声波及其物理性质
9.1.1 超声波的基本概念
1．超声波的概念和波形 机械振动在弹性介质内的传播称为波动，简称
为波。人能听见声音的频率为20Hz～20kHz， 即为声波，超出此频率范围的声音，即20Hz 以下的声音称为次声波，20kHz以上的声音称 为超声波，一般说话的频率范围为100Hz～ 8kHz。 超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力 越弱，但反射能力越强
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1.单晶直探头
用于固体介质的单晶直探头（俗称直探 头），压电晶片采用PZT压电陶瓷材料 制作，外壳用金属制作，保护膜用于防 止压电晶片磨损。保护膜可以用三氧化 二铝（钢玉）、碳化硼等硬度很高的耐 磨材料制作。阻尼吸收块用于吸收压电 晶片背面的超声脉冲能量，防止杂乱反 射波产生，提高分辨力。阻尼吸收块用 钨粉、环氧树脂等浇注。
根据发射和接收换能器的功能，传感器又可分 为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发 射和接收超声波均使用一个换能器，而双换能 器的传感器发射和接收各由一个换能器担任。
GUCS10矿用本安型物位传感器
矿用本安型超声波物位传感器产品使用说明书山东中煤电器有限公司2012年1月5日目录1. 概述 (3)1.1 主要用途及使用范围 (3)1.2 型号组成及代表意义 (3)1.3 使用环境条件 (3)2 结构特征与工作原理 (3)2.1 结构 (3)2.2 工作原理 (4)3 技术特性 (4)3.1 产品执行标准 (4)3.2 主要性能 (4)3.3 主要参数 (4)3 安装、调试 (5)4.1 安装条件、技术要求 (5)4.2 接线 (5)5 使用、操作 (5)6 故障分析与排除 (6)7 注意事项 (6)8 运输、贮存 (6)9 开箱及检查 (6)10 订货 (7)安装使用产品前，应详细阅读使用说明书1.概述1.1主要用途及使用范围GUCS10矿用本安型超声波物位传感器主要用于煤矿井下水位的检测，安装在水位上方，输出电流信号，用于对水位进行实时监测，本产品采用高精度芯片，具有自动功率调整、增益自动控制，温度补偿，有效保证了数据的准确性、稳定性。
可用于测试各种液体的高度及固体物料的高度。
1.2型号组成及代表意义1.3使用环境条件——环境温度－5℃～40℃；——海拔高度不超过2000m；——空气相对湿度不大于95％（25℃时）；——在有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所；——在无破坏绝缘的腐蚀性气体或蒸汽的场所；——在无显著振动和冲击的场所；——污染等级为3级；——安装类别为Ⅲ类。
2结构特征与工作原理2.1结构外形尺寸: 310mm×155mm×130mm(长×宽×高)图1 结构图2.2工作原理由换能器（探头）发出高频超声波脉冲遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被换能器接收，转换成电信号。
超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。
根据发射和接收的时间差计算出发射点到被测物的实际距离。
3技术特性3.1产品执行标准本产品执行标准GB3836-2010、Q/ZMD032－2012。
超声波物位计使用说明书
超声波传感器一、产品简介利用声波介质对被检测物进行非接触式和无磨损的检测。
超声波传感器对无论是透明性的物体还是有颜色的物体，金属物体或者非金属物体、以及固体、液体或是粉状物质，均能检测。
周围环境条件如有烟环境、灰尘环境或是下雨条件下几乎都不会影响超声波传感器的检测性能。
二、超声波测距原理发射超声换能器发射出的超声脉冲，通过传播媒质传播到被测介质，经反射后再通过传声媒质返回到接收换能器，测出超声脉冲从发射到接收在传声媒质中传播的时间。
再根据传声媒质中的声速，就可以算得从换能器到介质面的距离。
从而确定液位。
因此我们可以计算出探头到反射面的距离D ＝ C*t/2(除以2是因为声波从发射到接收实际是一个来回，D是距离，C是声速，t是时间）。
三、产品特点高分辨率响应时间短数码管显示测量距离通过RS 232/485 完成参数设置丰富的输出方式：开关量、模拟量、RS232/485四、主要技术指标你五、安装指南5.1 安装注意事项(1)超声波传感器安装时发射面应垂直于被测物体； (2)电源线和输出信号线不要接反。
5.2安装尺寸⑴ 超声波传感器外形图：HFTCGQ_SMG 型：(2)超声波传感器尺寸图 HFTCGQ_SMG 型：功 能 一体型量 程 0.05~0.5m 0.1~1m 0.2~3m 0.2~4m 0.3~5m 0.3~6m探头频率200K 100K 65K 65K 50K 50K安装尺寸HFTCGQ_SMG 型 M60*1.5M18*1.5M27*1.5 M40*1.5 M40*1.5 M40*1.5M40*1.5分辨率 3mm 或0.1%（取大者） 响应时间 < 200ms显 示 LED , 数码管 发射角度 20°模拟输出 4～20mA/500Ω负载、0~5V开关量输出 继电器DC 30V/ 5A 、PNP/NPN （5V ）（可选） RS232/485 MODBUS 协议或者厂家自定义协议（可选） 供 电 标配24V （±15%） 环境温度 -20～+60℃， 防护等级IP65 可选IP67超声波传感器5.3 实物安装HFTCGQ_SMG型：①在被测物体上方装一个法兰②法兰上放一片内径相同的垫片③把测距传感器对准法兰孔④将测距传感器放入法兰孔⑤从法兰底部看到的情况⑥法兰下放一片内径相同的垫片你⑦拧上螺母固定好测距传感器⑧给测距传感器接上电缆线HFTCGQ_ZL型：（停产）①在被测物体上方装一个法兰②把测距传感器对准并放入法兰孔③拧上螺母固定好测距传感器④给测距传感器接上探头线超声波传感器⑤给测距传感器接上电缆线5.4 接线方式电源：红线： 24VDC+ 黑线： 24VDC–1、4~20mA：蓝线： mA + 黄线： mA–2、0~5V：蓝线： V + 黄线： V–3、485/232通讯：黄线：T/R+ 蓝线： T/R–4、继电器信号：蓝线黄线你5、NPN信号：蓝线：NPN+ 黄线：NPN -6、PNP信号：蓝线：PNP+ 黄线：PNP-备注：1、输出信号选择（1~6）其中一种；2、要将黑线可靠接地；3、当测距传感器为mA模块时，也可将黄线（mA-）接地；六、信号说明HFTCGQ_SMG型：初始上电时，电源指示灯“绿灯”常亮。
超声波传感器工作原理
超声波传感器工作原理超声波传感器是一种使用超声波技术进行测距和探测的装置。
它利用声波的特性来测量目标物体和周围环境的距离和位置信息。
本文将详细介绍超声波传感器的工作原理和应用。
一、超声波传感器的构成超声波传感器通常由发射器、接收器和信号处理电路组成。
其中，发射器用于产生超声波信号，接收器用于接收被测物体反射回来的超声波信号，并将信号转化为电信号，信号处理电路则负责处理接收到的信号并输出相关的测量结果。
二、超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理基于声波在空气或其他介质中的传播特性。
它的工作过程可以简单分为发射、传播、接收和处理四个阶段。
1. 发射：超声波传感器中的发射器会向目标物体发送一个超声波信号。
这个信号通常是由压电传感器或压电陶瓷组成的振动体产生的，当施加电压时，振动体开始振动，并以声波的形式向外辐射。
2. 传播：发射的超声波信号在空气或其他介质中传播，其传播速度一般是固定的，约为343米/秒。
当遇到目标物体时，部分声波会被目标物体表面反射，一部分会被吸收或折射。
3. 接收：传播的超声波信号被传感器中的接收器接收。
与发射器类似，接收器也是由振动体构成的，当接收到超声波信号时，振动体会产生相应的电信号。
4. 处理：接收到的电信号会经过信号处理电路进行放大、滤波等处理，最终转化为与目标物体距离相关的测量结果。
这些结果可以通过显示器、计算机或其他设备进行显示或进一步处理。
三、超声波传感器的应用超声波传感器具有广泛的应用领域，如测距、障碍物检测、位移测量等。
1. 测距：超声波传感器可以通过测量从传感器到目标物体反射超声波信号的时间差来计算出目标物体与传感器的距离。
这种测距方法被广泛应用于自动驾驶车辆、机器人导航和智能家居等领域。
2. 障碍物检测：超声波传感器可以检测目标物体到传感器之间的障碍物，并发出警报或采取相应的措施。
例如在汽车后方安装超声波传感器，可以提醒驾驶员离障碍物的距离。
3. 位移测量：超声波传感器可以实时测量目标物体的位移，用于机械加工、仪器仪表和自动化控制等领域。
物位传感器的原理及其应用
物位传感器的原理及其应用物位传感器是一种用于测量物料或液体的高度或水平位置的设备。
它们可以通过不同的技术来实现，包括超声波、雷达、微波、电容、电阻、光电和机械式等。
物位传感器的应用非常广泛，包括工业、医疗、农业、环保等领域。
物位传感器的原理物位传感器的原理基于物料或液体的高度或水平位置的变化。
不同的物位传感器使用不同的技术来测量这些变化。
超声波传感器使用超声波来测量物料或液体的高度。
它们通过发射超声波并测量其反射时间来确定物料或液体的高度。
这种传感器适用于大多数物料和液体。
雷达传感器使用雷达波来测量物料或液体的高度。
它们通过发射雷达波并测量其反射时间来确定物料或液体的高度。
这种传感器适用于大多数物料和液体。
微波传感器使用微波来测量物料或液体的高度。
它们通过发射微波并测量其反射时间来确定物料或液体的高度。
这种传感器适用于大多数物料和液体。
电容传感器使用电容来测量物料或液体的高度。
它们通过测量物料或液体与传感器之间的电容来确定物料或液体的高度。
这种传感器适用于大多数物料和液体。
电阻传感器使用电阻来测量物料或液体的高度。
它们通过测量物料或液体与传感器之间的电阻来确定物料或液体的高度。
这种传感器适用于大多数物料和液体。
光电传感器使用光电效应来测量物料或液体的高度。
它们通过测量物料或液体对光的反射或吸收来确定物料或液体的高度。
这种传感器适用于透明或半透明的物料或液体。
机械式传感器使用机械装置来测量物料或液体的高度。
它们通过测量机械装置的位置来确定物料或液体的高度。
这种传感器适用于粘稠的物料或液体。
物位传感器的应用物位传感器的应用非常广泛，包括工业、医疗、农业、环保等领域。
在工业领域，物位传感器用于测量物料或液体的高度或水平位置，以确保生产过程的顺利进行。
例如，在化工厂中，物位传感器可以用于测量液体的水平位置，以确保液体不会溢出容器。
在医疗领域，物位传感器用于测量液体的高度或水平位置，以确保医疗设备的正常运行。
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在正常显示界面，按红外遥控器的“上” 键，显示参数1的值。按下“S”键，返回正常 显示界面。
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GCS10矿用本安型超声波物位传感器——操作方法
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参数查看
在参数1显示界面，按红外遥控器的“上”键， 显示参数2的值。按下“S”键，返回正常显示界面。
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参数设置
通过按键“S”实现参数位由左向右的选择，通过“上” 和“下”键实现数字0～9的设置。当最后一位参数设置完成， 按下“S”键，保存设置值，进入参数2设置界面。
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参数设置
特别说明： 设备在非主界显示面时，如无界面切换， 则系统默认在2分钟后自动返回主界显 示面
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谢谢！
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当前液位显示
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GCS10矿用本安型超声波物位传感器——产品简述
0.12m（最小安装距离）
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安装示意
超声波物位计原理
超声波物位计原理
超声波物位计利用超声波在不同介质中传播速度不同的原理，测量液体或固体的物位。
其工作原理如下：
1. 发射超声波：超声波物位计内置一个或多个超声发射器，它们产生高频率的声波信号，通常在20 kHz到200 kHz之间。
这些声波信号以脉冲的形式发送到被测介质。
2. 超声波传播：声波信号通过传感器的震动生成超声波，并在空气与介质界面上发生反射。
当超声波遇到介质界面时，一部分能量被界面反射，一部分能量进入介质内部传播。
3. 接收超声波：超声波物位计内置一个或多个接收器，用于接收从介质界面反射回来的超声波信号。
4. 计算物位：接收到的超声波信号经过放大和滤波处理后，被转化为数字信号。
超声波物位计根据发射信号和接收信号之间的时间差来计算物位。
根据声速和时间差，可以使用速度=距离/时间的公式计算物位。
需要注意的是，超声波物位计的测量精度和可靠性受到多种因素的影响，如介质的密度、温度、压力、表面形状等。
因此，在使用超声波物位计进行测量时，需要根据实际情况进行校准和调整，以确保准确的物位测量。
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在工业自动化领域的应用的超声波传感器
科技进步使得今天的超声波传感器坚固耐用并有着精确的感应能力，这些新技术使得超声波传感器可以更加简单、灵活，性价比更高。
这些新增的特性拓展了一个新的应用领域，完全超越了传统的超声波传感器的应用。
现在的超声波传感器提供给了机械设计师，在工业领域发现了一个新的、极具创造性的解决方案。
数年前在传感器技术领域，超声波传感器一直是备用的选择，设计师只有在其他的传感技术无法工作的时候才会选择超声波技术，一般发生在检测透明物体，长距离的感应或者是当目标颜色改变时的才会采用这种技术。
新技术的应用使得今天的超声波传感器能经受得住恶劣环境的考验，比如有IP67和IP69K防护等级的超声波传感器可以应用于潮湿的环境中；传感器内建温度补偿电路，在正常或者变化的操作状态时，当有明显的温度变化，由温度补偿电路进行校对；Teflon型号的超声波传感器的表面有一种特殊涂层可以用来抵御有害化学物质的侵蚀；先进的过滤电路可以让超声波传感器屏蔽现场干扰；新型传感器感应头有着更强的自我保护能力，可以抵御物质损害，适应比较脏乱的环境等。
超声波传感器的易用性
新一代超声波传感器的一个显著特性就是使用更加简单，这包括了按钮的设置、DIP开关编程和一些多重程序的选择。
其开关按钮完全内嵌于传感器装置中，这使得调整安装传感器距离的远近非常容易，把目标物放在传感器前再按下按钮是一件很简单的事情。
这种传感器可以自动掌握窗口的大小和距离的远近。
方便安装意味着同样的传感器可以适应很多不同的应用。
DIP开关的编程方式意味着可以为某些特殊的应用而定制一个简单的传感器，这些个性化的特性包括响应时间、输出类型、开关量和模拟量选择以及用于物位/液位控制的特别设定。
超声波传感器一般在单个传感器中都包含多种输出类型，具有两路开关量输出型号可以用一个传感器同时感应两个不同距离的物体，而同时拥有一路开关量输出和一路模拟量输出的型号的传感器即可用于测量有提供警报输出。
以上这些特性使得超声波传感器与其他技术的传感器相比，使用更加灵活，更具选择性。
使用超声波传感器的基本原则
超声波传感器是利用传感器头部的压振陶瓷的振动，产生高频的人耳听不见的声波来进行感应的，如果这声波碰到了某个物体，传感器就能接收到返回波。
传感器通过声波的波长和发射声波以及接收到返回声波的时间差就能确定物体的距离。
比较具有代表性的，一个传感器可以通过按钮的设定来拥有近距离和远距离两种设定，无论物体在那一种界限里，传感器都可以检测到。
例如：超声波传感器可以安装在一个装液
体的池子上，或者是一个装小球的箱子上，向这个容器发出声波，通过接收到返回波的时间长短就能确定这个容器是满的、空的或者是部分满的。
超声波传感器还有使用的是独立的发射器和接收器的型号，当检测缓慢移动的物体或者在潮湿环境中应用时，这种对射示的超声波传感器就非常适用。
在检测透明物体、液体，检测光滑、粗糙、有光泽的半透明材料等物体表面，以及检测不规则物体时，超声波传感器都是首选。
超声波传感器不适用的情况有：户外、极热的环境、有压力的容器内及有泡沫的物体。
超声波传感器选型要点
范围和尺寸
被检测的物体的尺寸大小会影响超声波传感器的最大有效范围，传感器必须探测到一定级别的声波才能被激励输出信号，一个较大的物体可以将大部分声波反射给传感器，所以传感器可以在它的最大限度内对此物体进行感应，而一个小物体只能反射很少的声波，这样就明显地减小了感应的范围。
被测物
能运用超声波传感器进行检测的最理想的物体应该是大型、平坦、高密度的物体，垂直放置面对着传感器感应面。
最难检测的是那些面积非常小，或者是可以吸收声波的材料制作的，比如泡沫塑料，或者是角面对着传感器的。
一些比较困难被检测的物体可以先对物体的背景表面进行示教，再对放在传感器和背景之间的物体作出反应。
用于液体测量时需要要液体的表面垂直面对超声波传感器，如果液体的表面非常不平整，那么传感器的响应时间要调的更长一些，它会将这些变化做个平均，可以比较固定的读取。
在Retrosonic模式下使用超声波传感器使得探测不规则物体也成为可能，在Retrosonic模式下，超声波传感器可以先探测一个平整的背景，如一面墙，当任何物体通过传感器和墙之间的时候，就会阻碍声波，传感器感应到了中断，便会意识到出现了物体。
振动
无论是传感器本身还是周围机械的振动，都会影响距离测量的精确度。
这时可以考虑采取一些减震措施，例如：用橡胶的抗震设备给传感器做一个底座，可以减少振动，用固定杆也可以消除或者最大程度的减少振动。
衰减
当周围环境温度缓慢变化的时候，有温度补偿的超声波传感器可以做出调整，但是如果温度变化过快，传感器将无法做出调整。
误判
声波可能会被附近的一些物体反射，比如导轨或者固定夹具，为了确保检测的可靠性，必须减少或者排除周围物体对声波反射的影响，为了避免对周围物体的错误检测，许多超声波传感器都有一个LED指示器来引到操作人员进行安装，来确保这个传感器被正确的装好，减少出错
的风险。
超声波传感器的典型应用举例
超声波传感器曾经被认为操作太过困难或者过于昂贵，但随着成本的降低和运用的方便，越来越多的机械设计师在设计机器时已经将超声波传感器融入进去。
超声波传感器的工业应用领域包括探测填充状况、探测反光物体和物质、控制环绳的膨胀和测量距离。
图1至图4是几个应用实例。
超声波传感器在工业上的应用正快速发展，这项曾经十分昂贵而且精准度不高的技术如今已经变得简单易用，精度高且费用低廉。
超声波传感器已经成为一个常规设备在过程控制中提高产品的质量，应用在检测次品、确认出现或者消失和其他一些领域。
这种传感器同样可以提高生产力，它可以减少废料，避免由于零件损坏造成的停工。
未来在此项技术领域内此类产品的发展仍将延续这种趋势，这是一项挑战，但是已经在工业领域内达成共识，那就是超声波传感器在所有的制造领域内，包括质量控制、过程控制和检测，具有极大的发展潜力。