便携式超声料位测量仪
在工农业生产中,一些固体块、颗粒、粉状等松散物质都需测量其堆积的料位高度,以往大多采用电容法等接触式测量方式,但普遍存在着精度低、操作不便等缺点。本文介绍的便携式超声料位测量仪精度达2%,测量范围为45~艺5)em,体积只有香烟盒那么大小。采用这种非接触测距的方法,不受现场环境的安装限制,从而大大提高了检测的灵活性和可靠性。
一、传感器
本仪器使用的传感器为T/R40一18人型超声波发射/接收探头。它具有图1所示的声频特性,即在工作频率为40kH:时,发射声强最大,接收灵敏度最高。图2是它的声场分布图,其近场区L。。刀,/4入如取声速为3盛lm/,,则入=C/f=341/40火103=8.525mm,该探头声源直径为15mm,而近场区为
半扩散角
根据以上数据和探测距离选择罐、斗等容器的直径,使发射声束扩散到被测物的料面上。
二、系统组成
(一)系统框图及料位测量原理
该装置的系统工作原理框图如图3示。由图3可知,主控电路的振荡器输出同步信号,同时触发发射电路和接收控制电路,使发射电路产生40kH:的高频脉冲电压加至超声波发射探头,向容器料面发射超声波。与此同时,同步脉冲信号触发计数器电路,启动计数器工作,计数开始。料面反射回来的回波信号,被接收探头转换为电信号,经整形、放大,使双稳翻转,计数停止。计数信号送至输出锁存器,在LCD上显示料位值。
如果发射和反射脉冲的时间间隔为t,根据有关的声学原理,不难得出
其中L为料位,0为声速,如果计数脉率为f,则在t时间的计数值N为
为了直读五值,N应为L的10n倍即
取C为341,f=170·5丫10n。如。=2,f=17.05k且z。
(二)主控电器
如图4所示,主控电路由14位二进制串行计数器/分频器CC生060组成。改变R、C的值,可得到不同的频率。振荡频率为:
改变R,值,使CC4060的输出频率为17、05kH:。由9脚输出送至工CM7羽4计数/译码/驱动器的CNT脚进行计数。每一计数脉冲表示的距离为
4060又将17.06kHz的振荡频率进行13分频,得
由4060的Q12端输出的ZHz方波作为同步信号,一路送发射电路启动发射振荡电路,一路送接收计数电路,启动计数器开始计数。
(三)发射电路
发射电路由施密特振荡器和数字功放电路组成。由主控电路发出的ZHz信号,产生同步脉冲,启动振荡器工作,发出40kH:的高频振荡脉冲,经功率放大,驱动发射探头,向目标发射40kH:的超声波。
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