非接觸式超聲波液位傳感器在智能啤酒保鮮柜上的設(shè)計應(yīng)用

盛龍芳

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

隨著科技的發(fā)展，人們生活質(zhì)量的提高，消費的客戶群體越來越多在情感上和精神上的個性化體驗關(guān)注點上要求高了，具體的就體現(xiàn)在滿足了一些基本的物質(zhì)生活需求之后，對產(chǎn)品在使用過程中的體驗感要求也是越來越高了。而且也是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，人們對產(chǎn)品的體驗感要求越來越高，智能保鮮啤酒柜是一個密閉的空間，其產(chǎn)品的特點是密閉，絕氧，恒溫，恒壓。所以對于智能保鮮啤酒柜來說不止只是裝著原漿啤酒的一個容器，在使用過程中，里面的啤酒我們喝了多少，還剩下多少更是成為了使用者和消費者的關(guān)注焦點。

1 非接觸式超聲波液位傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀

此前，受到技術(shù)水平的限制和需求資源的不足，液位測量主要采用機械測量方法。隨著電子計算機、光纖、超聲波等高科技技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了種類多樣的液位測量手段[1]。但是一般的超聲波液位檢測是需要在容器頂端開口，將傳感器安裝在溶液的上方，通過計算聲波在溶液上方氣體中的傳播時間間接得出溶液液位。但是對于容器開孔會破壞容器的結(jié)構(gòu)性和氣密性，不能用于安全要求高，存儲環(huán)境苛刻的食品容積中，同時液體的揮發(fā)會使得超聲波難以準(zhǔn)確判斷出氣液的分界面，對于測量結(jié)果造成較大的誤差。針對以上問題就需要選擇一款專門針對密封容器內(nèi)部液位液位進行準(zhǔn)確測量的非接觸式超聲波液位傳感器[2]。

2 非接觸式超聲波液位傳感器在智能啤酒保鮮柜上使用的關(guān)鍵點分析

如何更好的發(fā)揮超聲波傳感器在智能啤酒保鮮柜上的作用，一直是相關(guān)技術(shù)人員關(guān)注的焦點。本文從超聲波液位傳感器在智能啤酒保鮮柜上優(yōu)先使用位置及安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計等幾點出發(fā)，結(jié)合相關(guān)實例論證超聲波液位傳感器最佳使用方式。

2.1 非接觸式超聲波液位傳感器的知識了解

超聲波液位傳感器就是由探頭發(fā)出信號波，信號波遇到被測液面介質(zhì)和空氣臨界面時再被反射，一些反射回來的信號波被原發(fā)射信號的探頭接收，之后將此信號進行轉(zhuǎn)換為所需要的電路信號。超聲波信號波以聲波速度傳播，從發(fā)射出去再到接收回來所需時間間隔與探頭到被測液面介質(zhì)表面的距離成正比。此長度值H與聲速V和傳輸時間T之間的關(guān)系可以用公式表示：

式中：

H為測量的長度；

V為聲波在空氣中的傳播速度；

T為測量長度傳播的時間差（T為從發(fā)射信號波到接收信號波的時間）。

2.2 非接觸式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項

1）超聲波探頭應(yīng)水平置于容器頂部或者底部，如圖3所示。

2）超聲波探頭固定面應(yīng)與液面平行，如圖3所示。

3）為避免振動或搖晃導(dǎo)致探頭松動，請小心的進行堅固安裝。

圖1 超聲波信號發(fā)射和接收測距的示意圖

4）如按裝的位置不可避免的有震動的現(xiàn)象，需要增加緩存的材料來消除震動的問題。

圖2 超聲波信號接收示意圖

圖3 超聲波液位傳感器安裝示意圖

5）安裝選取的位置不應(yīng)該在液體進口和有障礙物的地方，如圖3所示。

6）超聲波液位探頭和被測容器底部平面必須要緊密貼合，形成真空狀態(tài)，不可以有空氣進入。

2.3 箱體設(shè)計

箱體總體方案如圖4所示，由蓋板①、內(nèi)膽組件②、外筒③、底板⑥、顯示板⑤及超聲波傳感器④組裝而成。其中底板⑥與內(nèi)膽組件②相配合的面需要設(shè)計超聲波傳感器④線束等的讓位槽，避免結(jié)構(gòu)上與超聲波傳感器④干涉，并且需要增加固定超聲波傳感器④主體的卡槽結(jié)構(gòu)；顯示板⑤上要增加將傳感器接收到的信號裝換的顯示模塊。

2.4 安裝于不銹鋼內(nèi)膽上的結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能啤酒保鮮柜（圖5）的內(nèi)膽（圖6）材質(zhì)為不銹鋼304。在內(nèi)膽底部的平面區(qū)域焊接一個帶內(nèi)螺紋的外徑Φ19定位環(huán)，將A、B膠攪拌均勻后倒入少量到定位環(huán)中，其次將超聲波液位傳感器（圖7）的探頭壓緊到定位環(huán)的內(nèi)部內(nèi)膽表面，再次將固定探頭的螺母旋緊，其目的是防止A、B膠未凝固時，探頭松動脫落。凝固后的A、B膠起到固定、并讓探頭和內(nèi)膽外壁之間無空氣進入的作用。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖8所示，實際實物組裝完成如圖9所示。

組裝完成后的智能啤酒保鮮柜的液位測試真實有效，實際測試結(jié)果如圖10所示。

3 結(jié)語

圖4 超聲波液位傳感器在智能保鮮啤酒桶上的液位顯示

圖5 智能啤酒保鮮柜

圖6 智能啤酒保鮮柜內(nèi)膽結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 超聲波液位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 液位傳感器安裝裝置

圖9 超聲波液位傳感器的實際安裝圖

圖10 超聲波液位傳感器在智能保鮮啤酒桶上的液位顯示

綜合以上分析及試驗驗證結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：智能保鮮啤酒柜是一個密閉的空間，其產(chǎn)品的特點是密閉，絕氧，恒溫，恒壓。這一特點決定了無法在內(nèi)膽容積上進行開孔等破壞性的結(jié)構(gòu)設(shè)計。故通過對智能保鮮啤酒柜的相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)上進行優(yōu)化改進設(shè)計后，使得非接觸式超聲波液位傳感器能達到檢測出啤酒液位的效果實現(xiàn)，在啤酒行業(yè)具有一個劃時代的意義。通過此技術(shù)在智能保鮮啤酒桶的應(yīng)用也使得此產(chǎn)品在消費者使用時體驗感更高了。