【经验】一文解析如何消除超声波在流量测量及液位测量中温度的影响
超声波的应用在当今各行各业中都很广泛。从物质到电磁，波动方程总能给我们带来惊喜。超声波的几种典型应用如下：无损检测/探伤、医学成像、液位和流量测量、管道中气泡和流量在线检测（Air-In-Line）、测距/厚度和腐蚀测厚、超声波清洁、超声波焊接、流体胶液喷射和分配等。本文AMPHENOL SENSORS主要介绍如何消除超声波在流量测量及液位测量中温度的影响。
1．超声波的液位检测在减排SCR系统中的应用
作为其中一个基本且典型的应用，液位的检测对于超声波而言，是非常容易理解的。通常情况下，超声波收发器的布置位置都处于被检测页面的上方。而作为一种特例，我们把柴油发动机中为减排所增加的选择性催化还原系统（SCR）的添蓝罐（俗称尿素罐）液位检测传感器作为说明。如下图所示（该传感器往往还集成加热装置，此图不包含加热部分结构1）。由于应用设计的特殊性，该液位传感器的布置位置在蓝罐底部，以下作说明。
图-1-1 SCR蓝罐液位传感器（图片来自于安费诺传感器-SSI）
1.1温度对音速乃至液位检测的影响
从原理上讲，液位的高度计算就是一个简单的， 其中h=C * t/2，C为声音在液体内的传播速度，t为收发器发送到接收回波信号的总时长。我们看一下声音在水中的传播速度和温度的关系图（如图-1-2）。
图-1-2 音速在水中的速度随温度的变化趋势
音速在尿素液内随温度的关系也大抵如此，尤其是车载的液态尿素液，其温度变化尤其不定。相比较音速在空气中的速度：
其中，
，表示在室温25度下的音速。
为什么不将传感器布置在液面的上面？因为这里通过添加另外一路超声波收发器检测电路使得模块有一举多得的作用。
1.2蓝罐液位检测中如何解决温度的影响
图-1-3 蓝罐液位传感器两路超声波检测方位示意图2(AS-TULC-Sensor Datasheet)
如图-1-3所示，除了在原来的图-1-3（a）中所示的垂直方向的一个超声波检测电路，还增加了一个水平方向的[图-1-3（b）]所示的检测电路。图-1-3（b）中，因为检测的距离为已知L，因此，可以通过收发时间t1，反过来求得当前的音速c。再使用该速度值和垂直检测时间t2，换算当前的液面高度。不仅如此，因为我们还知道不同的液体，甚至同一种溶液浓度不同时的液体在不同温度下具有的音速变化及趋势（如图-1-4），我们就可以利用该特性来检测当前液体的特性，浓度和品质等。
图-1-4 各种液体介质中温度对音速的影响曲线图3(AS-TULC-Sensor Datasheet)
注：该款蓝罐液位传感器上集成了温度传感器，因此是一款多传感器的模块。
2．超声波流量的检测应用
在工业应用中，管道内流体的流量检测，是超声波传感器的一个拿手好戏。
图-2-1 超声波流量检测的示意图
如图-2-1所示。其中：
·TR1和TR2为固定安装的超声收发探头
·D为安装处的管道直径
·S为两个探头之间的距离
·Ɵ为探头连线与管道轴线之间的夹角
·V为声音在该液体中的速度
·C为流体的速度
其中C即为我们所需要精确求解的参数。我们将TR1发出的声波被TR2收到时的时间称之为上行时间t_u，将TR2发出的声波被TR1接收到时的时间称之为下行时间t_d。毫无疑问，温度T将一如图-1-2，4既往地影响声音的传播速度。
(2-1)
(2-2)
从而可得流速C：
(2-3)
所以流量Q：
(2-4)
2.1 测量精度关键处理
测量计算过程中完美地避开了温度的影响，似乎问题迎刃而解。这对于精度一般的应用需求而言，可能也算完成了，但是如果我们细究实际的过程参数，尤其是收发时间，会发现一些问题：
设管道直径D为30cm，实际流速C为2m/s，Ɵ=45°，S=40cm，音速=1500m/s，则：
两者的时间差仅为0.503μs，不到1μs。这种对于时间精确检测的要求对于很多的设计而言都存在如何实现的问题。
3．关于超声传感器应用及解决方案4
Piezo Technologies是安费诺传感器旗下为用户提供完整的先进压电陶瓷，可提供开发定制的超声换能器方案的著名品牌。我们提供的产品应用和服务行业涵盖：
·振动监测
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·医疗应用
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从检测喷气发动机部件缺陷的高级压电陶瓷到用于医学成像的定制超声换能器，Piezo Technologies总能为您提供先进的压电陶瓷，压电换能器和定制制造的集成超声换能器和设备。
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【产品】耐高温达200℃的安费诺超声波井下换能器，耐压25,000+psi
Amphenol Sensor安费诺旗下品牌Piezo Technologies的领先研发成果带来了许多独特的超声波井下解决方案。Piezo Technologies在为石油和天然气勘探与维护行业提供可靠产品方面拥有悠久的历史，其产品可以在地球上最恶劣的环境中使用，包括高度腐蚀性，磨蚀性，高温（高达200°C）和加压（25,000+ psi）的一系列环境。
大功率应用的压电陶瓷
本文介绍了压电陶瓷在高压应用领域的应用，包括其特性、规格和应用实例。重点介绍了TAMURA公司生产的压电陶瓷材料及其在高功率应用产品中的应用，如压电变压器、超声波振动子、鱼群探测器和医疗超声探头等。
TAMURA - 超声波换能器,PIEZOELECTRIC CERAMIC TRANSFORMER,ULTRASONIC TRANSDUCER,BOLT-CLAMPED LANGEVIN TYPE (BLT) TRANSDUCERS,螺栓夹紧式朗之万型（BLT）传感器,PIEZOELECTRIC INVERTERS,超小型高压电源,螺栓夹紧的朗之万型传感器,压电陶瓷变压器,BOLT-CLAMPED LANGEVIN TYPE TRANSDUCER,压电逆变器,压电变压器,PIEZOELECTRIC TRANSFORMER,ULTRA COMPACT HIGH-VOLTAGE POWER SOURCE,TBLE,TDSE40,TBLE1507,TBL4535D-40HN,TBL4535D-40HB,AS-A163T,TBLE7032,TPE8080,TBL6035D-28HN,TBL3830D-70HNA,TBL4535D-28HB,TBLE5023,TBL4535D-28HN,AS-B523T,TPE SERIES,TBL4535D-28HBA,TPE17535,HBL-5081,HBL-5080,TDSE,TPE20025,TDSE70,TBLE6030,AS-A243T,AS-313T,TDSE28,TDSE25,TBLE3015,HBL-5092,TDSE20,AP-313TP,HBL-5091,TDSE43,TBLE3515,ULTRASONIC CLEANERS,超声波换能器,高压电源,电离器,超声波清洗机,医学探针,声纳,美学相关设备,SHOAL FINDING EQUIPMENT,DUST COLLECTORS,OZONIZERS,复印机,液晶显示器背光,FACSIMILE MACHINES,鱼群发现设备,INVERTERS,压电变压器,IONAIZER,SONARS,超声波探头,LIQUID CRYSTAL DISPLAY BACK-LIGHTING,FISH FINDER EQUIPMENT,COPY MACHINES,HIGH VOLTAGE POWER SUPPLIES,传真机,ULTRASONIC PROBES,ESTHETIC RELATED EQUIPMENT,探鱼器设备,PIEZOELECTRIC TRANSFORMERS,SENSORS,MEDICAL PROBES,除尘器,臭氧发生器,倒相器,传感器,ULTRASONIC TRANSDUCERS
工业过程控制传感器解决方案
Amphenol Sensors提供多样化的传感器解决方案，涵盖温度、压力、气体、湿度、振动、速度与位置、液位和流量等传感器，应用于工业过程控制。产品包括锅炉控制、流体温度、调节/炉子控制、流体压力、电机监控、泵监控、流体处理设备监控、接近传感、距离测量、气体压力、气体泄漏、气体浓度、工艺废气、气体流量控制、湿度、机器状态监控、机器人、工厂自动化、人机界面（HMI）、导航系统、自动导引车（AGV）、操纵杆等。传感器具有高精度、稳定性、耐用性，适用于恶劣环境，并提供定制化选项。
AMPHENOL SENSORS - 液位变送器,PRESSURE SENSORS,位置传感器,POSITION SENSORS,INDUSTRIAL PROCESS CONTROL SENSOR,POSITION LINEAR SENSORS,位置线性传感器,GAS SENSORS,LEVEL TRANSMITTERS,温度传感器,压力传感器,气体传感器,工业过程控制传感器,振动传感器,速度传感器,VIBRATION SENSORS,SPEED SENSORS,超声波空气传感器,湿度传感器,ULTRA LOW PRESSURE SENSORS,ULTRASONIC AIR TRANSDUCERS,ULTRASONIC AIR TRANSDUCER,HUMIDITY SENSORS,超低压传感器,超声空气换能器,TEMPERATURE SENSORS,过程控制,PROCESS AUTOMATION,工艺流体,工艺空气,工业过程控制,PROCESS EQUIPMENT,工艺气体,PROCESS CONTROLS,PROCESS GASES,INDUSTRIAL PROCESS CONTROL,过程自动化,工艺设备,PROCESS AIR,PROCESS FLUIDS
用于高功率应用的超声换能器
该资料介绍了Tamura公司生产的压电陶瓷产品，包括用于高功率应用的超声波振动子。这些产品适用于多种工业和家庭用途，如超声波清洗机、医疗探头、美容设备、鱼群探测器和声纳等。资料详细列出了不同型号的超声波振动子的技术规格，包括外形尺寸、频率、电容和耦合系数等。
TAMURA - 超声波换能器,ULTRASONIC TRANSDUCER,TDSE40,TBLE1507,TPE20025,TDSE70,TBLE7032,TPE8080,TBLE6030,TBLE5023,TDSE28,TPE17535,TDSE25,TBLE3015,TDSE20,TDSE43,TBLE3515,ULTRASONIC CLEANERS,MEDICAL PROBES,超声波清洗机,鱼群发现设备,医学探针,声纳,美学相关设备,SHOAL FINDING EQUIPMENT,SONARS,ESTHETIC RELATED EQUIPMENT
【产品】安费诺超声接触式换能器，专为金属、塑料、陶瓷、弹性体和复合材料等方面通用缺陷检测和厚度测量而设计
Amphenol Sensor安费诺旗下品牌Piezo Technologies的超声波接触式换能器专为金属、塑料、陶瓷、弹性体和复合材料等方面通用缺陷检测和厚度测量而设计。其中接触式无损探伤（NDT：Nondestructive Testing）换能器也可用于从储罐外部进行液位测量。
【应用】TT Electronics全系列电阻产品，助力现代医学电子设备蓬勃安全发展
TT Electronics旗下的HVP、HVC、CC、PWC、DSC、HR、T系列电阻产品，以其突出的特点和可靠性能，成为接触、图像、分析三大医疗应用领域内不同产品需求的极佳解决方案，这些应用包括除颤脉冲保护、心电图等监视器内部高增益放大器、X射线头分压器、超声换能器、MRI扫描仪、IVD分析设备。
医用电阻器.应用说明
本资料主要介绍了TT Electronics公司在医疗应用领域中的电阻产品。内容涵盖了电阻在医疗设备中的应用，包括接触式分析、图像分析和分析三个领域。资料详细介绍了不同类型电阻的特点和适用场景，如用于除颤器充电控制的高压电阻、用于心电图的高阻抗值电阻、用于X射线头电源分压的超高压电阻、用于超声波换能器的薄膜终端网络、用于MRI扫描仪的非磁性电阻以及用于IVD分析设备的精密电阻。此外，资料还提供了相关产品的技术参数和电气数据。
TT ELECTRONICS - RESISTORS,电阻器,HR0805,HR1206,DSC2512,PWC2512,HVC2512,HVP NOTES,T43,HVC1206,T44,T48,HVC2010,3810,3811,3812
中国知名电子陶瓷元器件件生产商——嘉康电子（JIAKANG）
嘉康电子（JIAKANG）创建于1986年，连续超十四年列入“中国电子元件百强企业”，具有超30年的微波介质陶瓷元器件、压电传感/换能元器件、压电陶瓷频率元件和一体成型电感等研发经验，多次参与国家与行业标准的制修订工作，其产品广泛应用于移动通信、卫星导航定位授时、网络通信、射频识别（RFID）、智能检测、智能电器、智能家居、计算机和电子烟等领域。
MD1715DB2 MD1715+TC8020脱模高速±100V 3.2A脉冲发生器
该资料介绍了Supertex公司生产的MD1715DB2演示板，该板用于驱动超声波和其他应用中的两个换能器。演示板由一个MD1715芯片和一个TC8020芯片组成，能够产生高速脉冲波形，适用于医疗超声成像、超声波无损检测、材料缺陷检测等领域。
ADVANCED DIGITAL CHIPS - MD1715DB2
CTS推出压电曲面元件
CTS公司推出新型压电弯曲形状组件，包括半球、球体和弯曲板，适用于超声波水下设备和医疗超声换能器。这些组件采用高品质PZT压电材料制造，具有优异的表面处理。产品规格涵盖不同尺寸和厚度，适用于水下声纳和医疗超声换能器应用。CTS提供定制化服务，支持客户特定需求，并具备全球制造能力。
CTS
MD1711DB2 MD1711+TC6320五电平双通道±100V 2.0A RTZ脉冲发生器
该资料介绍了Supertex公司生产的MD1711DB2演示板，这是一种五级双通道±100V 2.0A RTZ脉冲发生器。该演示板用于医疗超声成像和非破坏性检测（NDT）应用，能够直接驱动50或75Ω阻抗的换能器，工作频率范围为1.0MHz至20MHz。
MICROCHIP - MD1711DB2
电子商城
品牌：AMPHENOL SENSORS
品类：Assembly NTC temperature sensor
价格：￥5.0624
现货： 2,000
品牌：AMPHENOL SENSORS
品类：Surface Mount Pressure Sensors
价格：￥97.5000
现货： 51
品牌：AMPHENOL SENSORS
品类：Air Quality Sensors IR LED Dust Sensor
价格：￥40.5000
现货： 35
品牌：AMPHENOL SENSORS
品类：Board Mount Pressure Sensors
价格：￥253.8839
现货： 30
品牌：AMPHENOL SENSORS
品类：Low Pressure Compact Sensors
价格：￥125.9778
现货： 25
品牌：AMPHENOL SENSORS
品类：Board Mount Pressure Sensors
价格：￥253.8839
现货： 25
品牌：AMPHENOL SENSORS
品类：Board Mount Pressure Sensors
价格：￥227.5314
现货： 25
现货市场
服务
可定制板装式压力传感器支持产品量程从5inch水柱到100 psi气压；数字输出压力传感器压力范围0.5~60inH2O，温度补偿范围-20~85ºС；模拟和数字低压传感器可以直接与微控制器通信，具备多种小型SIP和DIP封装可选择。
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可定制温度范围-230℃~1150℃、精度可达±0.1°C；支持NTC传感器、PTC传感器、数字式温度传感器、热电堆温度传感器的额定量程和输出/外形尺寸/工作温度范围等参数定制。
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授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
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