传感器应用技术(4.1)

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1、第4章物位及厚度检测物位的基本概念：物位-----液位、料位和相界面的总称。液位-----液体介质液面的高低；料位-----固体粉状或颗粒状物质堆积的高度；相界面-----两种不同液体介质的分界面。第4章物位及厚度检测物位检测方法：物位检测总体上可分为直接检测和间接检测两种方法，由于测量状况及条件复杂多样，因而往往采用间接测量，即将物位信号转化为其它相关信号进行测量。第4章物位及厚度检测直接测量法：直接测量是一种最为简单、直观的测量方法。其中液位检测常会用到直接测量，它是利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度。第4章物位及厚度检测常用

2、的间接检测方法有：浮力法和静压法；电学法（电容法）；微波法；超声波法；核辐射法等。4.3微波式传感器电磁波（又称：电磁辐射、电子烟雾）是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递；电磁波频率高时即可以在自由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。电磁波谱无线电波3000米～0.3毫米（微波0.1~100厘米）；红外线0.3毫米～0.75微米；（其中：近红外为0.76~3微米，中红外为3~6微米，远红外为6~15微米，超远红外为15~300微米）可见光0.7微米～0.4微米；紫外线0.4微米～10毫微米;X射线10毫

3、微米～0.1毫微米；γ射线0.1毫微米～0.001毫微米；高能射线小于0.001毫微米。4.3微波式传感器微波的特点是:在各种障碍物上能产生良好的反射，具有良好的定向辐射性能；在传输过程中受到粉尘、烟雾、火焰及强光的影响小，具有很强的环境适应能力。微波碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而水（蒸汽）会对微波产生强烈吸收。一、微波传感器的组成微波振荡器和微波天线是微波传感器的重要组成部分，构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体器件。由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管(波长在10cm以上可用同轴

4、电缆)传输，并通过天线发射出去，常用的天线有喇叭形天线、抛物面天线和介质线等。4.3微波式传感器4.3微波式传感器常用的微波天线(a)扇形喇叭天线;(b)圆锥形喇叭天线;(c)旋转抛物面天线;(d)抛物柱面天线二、微波传感器工作原理微波传感器的敏感元件可认为是一个微波场。其它部分可视为一个转换器和接收器，如图所示。Microwavesourse4.3微波式传感器MS与T合二为一称为有源微波传感器；MS与R合二为一称为自振荡式微波传感器。1.反射式微波传感器反射式微波传感器是通过检测被测物体反射回来的微波功率或经过的时间间隔来测量被测位置、厚度等参数。2.遮断式微波传感器遮

5、断式微波传感器是通过检测接受天线接收到的微波功率大小，来判断发射天线和接收天线之间有无被测物或被测物体的位置与含水量等参数。4.3微波式传感器4.3微波式传感器三、微波物位计微波物位计原理如图所示。当被测物位低于设定物位时，接收天线接收的功率为:当被测物位升高到天线所在高度时，接收天线接收的功率为η——由被测物形状、材料性质、电磁性能及高度所决定的系数----发射天线的发射功率；----发射天线的增益；----接收天线的增益。4.3微波式传感器四、微波液位计微波液位计原理如图所示，接收天线接收到的功率Pr为:----发射天线的发射功率；----发射天线的增益；----接收

6、天线的增益。4.3微波式传感器图中所示是目前在工程应用较多的调频连续波式微波物位（液位和料位）计。4.3微波式传感器通常只需将发射、接收天线装在被测料仓（罐）上方，即可对物位进行连续测量。这种调频连续波式微波物位计抗机械噪声、电磁噪声能力强，在高温、高压、高粘度情况下，可连续、快速而准确地测出目标物体的物位值。4.4超声波物位及厚度检测4.4.1超声波检测原理一、超声波人耳所能听到的声波频率在20～20000Hz之间，频率超过20000Hz，人耳不能听到的声波称为超声波(由逆压电效应产生)。机械振动在介质中的传播称为机械波。机械波与电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由

7、机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生；机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播，而电磁波（例如光波）可以在真空中传播；机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波；机械波与电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述它们的物理量也是相同的。常见的机械波有：水波、声波、地震波。机械波在介质中的传播速率是由介质本身的固有性质决定的。在不同介质中，波速是不同的。次声波的特点及应用次声波是指频率低于人们的听觉下限(20Hz)的声波．例如，火山爆发、地震、海啸、台风等所含能量巨大的自然现象及核爆