淺談超聲波液位計探頭的組成結(jié)構(gòu)及其6大性能指標(biāo)

超聲波液位計的探頭是產(chǎn)生超聲波和接收其回波的一種傳感器，超聲波物位計工作原理是由超聲波換能器（探頭）發(fā)出高頻脈沖聲波遇到被測物位（物料）表面被反射折回反射回波被換能器接收轉(zhuǎn)換成電信號.聲波的傳播時間與聲波的發(fā)出到物體表面的距離成正比.聲波傳輸距離S與聲速C和聲傳輸時間T的關(guān)系可用公式表示：S=C×T/2。由于其能將電能轉(zhuǎn)換成聲能，也能將聲能轉(zhuǎn)換成電能，所以又稱為換能器。量程范圍：0-50米，多種形式可選，適合各種腐蝕性、化工類場合，精度高，遠(yuǎn)傳信號輸出，PLC系統(tǒng)監(jiān)控。

 
超聲波是由高頻電脈沖激勵超聲探頭而產(chǎn)生的，反射回來的超聲能量又被探頭轉(zhuǎn)換為電壓信號。超聲波液位計探頭里的壓電陶瓷具有壓電效應(yīng)，實現(xiàn)電聲能量常用的方法是利用超聲波探頭實現(xiàn)的。為更好地理解超聲波液位計的探頭，本文擬就超聲波液位計探頭的組成結(jié)構(gòu)及其6大性能指標(biāo)介紹如下。

　　一、超聲波液位計探頭結(jié)構(gòu)及作用

　　如下圖1所示，超聲波液位計探頭的結(jié)構(gòu)主要由壓電陶瓷、匹配層、阻尼塊、保護(hù)膜、外殼和高頻電纜線等部分組成。
　　1、壓電陶瓷：壓電陶瓷是探頭的核心元件，它的作用是發(fā)射和接收超聲波，其性能好壞直接影響到探頭的質(zhì)量。陶瓷兩面敷有作為電極的銀層，目的是使供給陶瓷片的電壓均勻，陶瓷片上電極接火線引至電路，底面則接地線口與電路的公共點相接以便形成回路。
　　2、高頻電纜線：超聲波液位計的探頭需要通過高頻電纜線與超聲波驅(qū)動電路板進(jìn)行連接，這種專用的高頻電纜線具有屏蔽外部各種干擾噪聲等對超聲波探頭的驅(qū)動脈沖和回波信號干擾的作用。
　　3、匹配層：超聲波液位計探頭的匹配層能夠在探頭與工作負(fù)載之間起到匹配聲阻抗的作用，可以有效拓寬探頭的工作頻帶，進(jìn)一步提高超聲波分辨率和工作適應(yīng)能力。
　　4、阻尼塊：是由一些阻尼材料配置而成，粘附在壓電陶瓷后面，主要起到吸收壓電陶瓷背面的超聲波，以減少噪聲的作用?！　?br /> 　　5、外殼：探頭的外殼體由塑料制成，主要有固定和保護(hù)整個探頭元件的作用。
　　6、保護(hù)膜：保護(hù)膜必須滿足耐磨性能好、強度高、材質(zhì)聲衰減小、透聲性能好、厚度合適的要求，以達(dá)到保護(hù)壓電陶瓷和電極，防止磨損和碰壞的作用。

　　二、超聲波液位計探頭6大性能指標(biāo)

　　超聲波液位計探頭作為組成超聲波液位計的關(guān)鍵部件，其性能好壞直接影響著發(fā)射超聲波的強度、接收的回波信號的強度、物位計量程，直接決定著超聲波物位計能否正常穩(wěn)定地工作。超聲波液位計探頭的主要性能指標(biāo)有以下6種：工作頻率、靈敏度、品質(zhì)因素、頻率響應(yīng)、電阻抗、方向特性等，現(xiàn)將各個性能指標(biāo)分別介紹如下：

　　1、靈敏度：靈敏度是指超聲波回波經(jīng)探頭轉(zhuǎn)換后輸出的回波信號電壓的峰峰值和施加在探頭上的驅(qū)動脈沖電壓的峰峰值的比值。靈敏度是衡量超聲波探頭電能和聲能相互轉(zhuǎn)換效率的一種度量。
　　2、工作頻率f：超聲波液位計探頭的工作頻率是由壓電陶瓷的諧振頻率，也就是探頭發(fā)射的超聲波的頻率所決定的。超聲波液位計探頭工作在此頻率下輸出的能量*大，傳播距離也*遠(yuǎn)。
　　3、頻率響應(yīng)：超聲波液位計探頭的頻率響應(yīng)是指某一反射物體，探頭收到回波信號的頻率特性，超聲波液位計探頭的頻譜圖可以通過頻率分析儀測得，從而得到中心頻率、帶寬等參數(shù)。
　　4、品質(zhì)因素Q：超聲波液位計探頭的品質(zhì)因素Q由電路部分的品質(zhì)因素和機械部分的品質(zhì)因素綜合決定。
　　5、方向特性：主瓣的尖銳程度決定著超聲波探索區(qū)域范圍，因此方向特性直接決定著超聲波液位計的工作范圍和量程。主瓣角是超聲波方向特性中*重要的指標(biāo)，超聲波的頻率越高，主瓣角越小，超聲波探頭的生能越集中，其聲速范圍也越窄?！　?、阻抗特性：由于超聲波液位計探頭的特性，要求其與驅(qū)動電壓之間實現(xiàn)阻抗匹配，已達(dá)到理想的驅(qū)動能量和回波接收信號。

 

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