超聲波氣泡傳感器的工作原理及典型應(yīng)用

前言

超聲波氣泡傳感器利用超聲波在液體和氣體中的聲阻抗不同的原理來實(shí)現(xiàn)對氣泡或液體的識別和檢測。它具有體積小、重量輕、使用壽命長、檢測靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、化工、食品和環(huán)保等領(lǐng)域。

工作原理

超聲波氣泡傳感器的工作原理基于超聲波在液體中的傳播特性。超聲波氣泡傳感器使用一個主動式壓電元件作為發(fā)射器，用來產(chǎn)生高頻聲波。這個聲波首先穿過了傳感器壁，然后傳播到了與傳感器壁接觸的管道中。聲波隨后穿過充滿液體的管道，到達(dá)管道對面的傳感器壁，被另一側(cè)的一個被動式壓電元件接收。

超聲波氣泡傳感器能夠檢測到是否有氣泡的存在，主要是因?yàn)楣艿辣诨蛘咭后w與氣體之間存在較大的聲阻抗差異，這種較大的阻抗不匹配會形成一個聲鏡，可以將超聲波反射回發(fā)射器的方向，由于聲波無法到達(dá)接收端，因此當(dāng)傳感器檢測到這種情況時，就會提示有氣泡的存在。

簡單來說，超聲波氣泡傳感器通過發(fā)射和接收超聲波，然后根據(jù)其反射和傳播的差異來判斷是否有氣泡存在。當(dāng)存在氣泡時，由于聲波阻抗的大幅度變化，超聲波會被反射回去，而不會到達(dá)接收端，這樣傳感器就能檢測出氣泡的存在。

超聲波氣泡傳感器的工作原理

優(yōu)勢

超聲波氣泡傳感器相較于其他氣泡檢測設(shè)備，如光學(xué)氣泡檢測傳感器，具有多項(xiàng)優(yōu)勢。首先，它是非接觸式的，壽命長，靈敏度高，響應(yīng)速度快。其次，它對管路的顏色、透明度、透光性等沒有嚴(yán)格要求，同時對液體的透光性透明度也沒有要求，可對非透明的管路及液體進(jìn)行氣泡檢測。最后，超聲波氣泡傳感器能適應(yīng)各種規(guī)格管路，包括PVC，硅膠，PE和PUR等材質(zhì)軟管。

超聲波氣泡傳感器適應(yīng)不同顏色和透明度管路

典型應(yīng)用

超聲波氣泡傳感器在眾多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，特別是在醫(yī)療器械，半導(dǎo)體生產(chǎn)，生物制藥，工業(yè)自動化，食品飲料灌裝，噴涂和潤滑等領(lǐng)域中。以下是一些典型應(yīng)用：

醫(yī)療器械

在醫(yī)療領(lǐng)域,超聲波氣泡傳感器主要用于各種醫(yī)療輸液設(shè)備中,如輸液泵、透析機(jī)、心肺機(jī)等,通過檢測管道中的氣泡來保證輸液的安全性。此外,在血液處理設(shè)備中也會用到該傳感器。

生物制藥

在生物制藥的色譜分析中，檢測樣品中的氣泡是極其重要的。氣泡會影響色譜分析的準(zhǔn)確性，因此需要通過超聲波氣泡傳感器來確保樣品中無氣泡。

化工生產(chǎn)

在化工生產(chǎn)中,需要對反應(yīng)釜、發(fā)酵罐中的液位進(jìn)行監(jiān)測,避免出現(xiàn)干燥、溢出等情況。超聲波氣泡傳感器可以通過檢測液位支路中特定位置的氣液狀態(tài)變化來監(jiān)測液位的高低。

體外診斷

在體外診斷設(shè)備中，如免疫檢測和診斷設(shè)備，超聲波氣泡傳感器可以用于檢測樣本中的氣泡，以提高診斷的準(zhǔn)確性。

食品生產(chǎn)

在飲料灌裝、釀造、發(fā)酵等過程中,需要對液體進(jìn)行去氣,這時就需要用到超聲波氣泡傳感器對氣泡含量進(jìn)行監(jiān)測。

打印噴涂

超聲波氣泡傳感器也可用于打印噴頭的堵塞檢測,以及對管道系統(tǒng)泄漏的監(jiān)測。在灌裝、打印、噴涂等工業(yè)生產(chǎn)過程中，若液體中存在氣泡，可能會影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。因此，需要通過超聲波氣泡傳感器來確保液體中無氣泡。

超聲波氣泡傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域的典型應(yīng)用——血液透析機(jī)

與超聲波流量傳感器的區(qū)別

超聲波氣泡傳感器和超聲波流量傳感器都是利用超聲波的物理特性進(jìn)行測量的設(shè)備，但是它們的功能和應(yīng)用場景有所不同。

超聲波流量傳感器的功能是測量流體的流速和流量，其工作原理基于時差法技術(shù)（Time of Flight，ToF）。當(dāng)超聲波在順流方向傳播時，其傳播時間會因流體的流動而減?。欢谀媪鞣较騻鞑r，其傳播時間會因流體的流動而增加。超聲波流量傳感器通過測量超聲波在順、逆流方向傳播時間的差值，進(jìn)而計算流體的流速和流量。

超聲波氣泡傳感器則是通過檢測超聲波信號強(qiáng)度的變化來監(jiān)測流體中的氣泡。

在一些對流體流速和氣泡同時有監(jiān)測要求的應(yīng)用中，超聲波流量傳感器和超聲波氣泡傳感器可以一起使用，實(shí)現(xiàn)對管道內(nèi)流體狀態(tài)的全面監(jiān)控。例如，在輸液泵中，超聲波流量傳感器可以用來控制液體的流量，而超聲波氣泡傳感器則可以用來檢測液體中是否存在氣泡。

迅音超聲波流量傳感器

總結(jié)

超聲波氣泡傳感器是一種重要的測量設(shè)備，它利用超聲波的物理特性，能有效地檢測液體中的氣泡。隨著科技的發(fā)展，超聲波氣泡傳感器的性能將得到進(jìn)一步的提升，應(yīng)用領(lǐng)域會進(jìn)一步拓展。無論是在醫(yī)療領(lǐng)域，還是在工業(yè)生產(chǎn)中，超聲波氣泡傳感器都將發(fā)揮更加重要的作用。

迅音BG系列超聲波氣泡傳感器

迅音科技BG系列超聲波氣泡傳感器

迅音科技的BG系列超聲波氣泡傳感器可用于檢測塑料軟管內(nèi)流體中氣泡，也可用于檢測軟管中某個位置的氣/液狀態(tài)，常用于醫(yī)療器械，半導(dǎo)體生產(chǎn)，生物制藥，工業(yè)自動化，食品飲料灌裝，噴涂和潤滑等領(lǐng)域。傳感器使用超聲波脈沖技術(shù)，通過MCU軟件參數(shù)的設(shè)置，可靈活修改傳感器響應(yīng)速度、時間延遲以及靈敏度等，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

特點(diǎn)

• 高精度高穩(wěn)定性，干耦合，氣泡檢測靈敏度閾值可調(diào)

• 非侵入式測量，不與液體直接接觸，衛(wèi)生安全

• 檢測精度不受管路與液體顏色的影響

• 電路集成在傳感器內(nèi)部，尺寸緊湊

• 多個標(biāo)準(zhǔn)尺寸以適應(yīng)不同的管徑，并可靈活定制

常見應(yīng)用

• 醫(yī)療器械，如血透儀，人工心臟，人工心肺機(jī)，血液泵

• 生物制藥過程和裝備，如一次性反應(yīng)容器，發(fā)酵罐，細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備，疫苗生產(chǎn)，切向流過濾系統(tǒng)，液相色譜儀，層析儀

• 半導(dǎo)體生產(chǎn)加工過程中的流體監(jiān)控，如高純水，高純化學(xué)試劑傳輸管路

• 食品，飲料加工，如牛奶，果汁，啤酒生產(chǎn)過程

• 灌裝設(shè)備，噴涂設(shè)備， 冷卻系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)

• 科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

• 水處理和廢水處理系統(tǒng)