超聲波氣泡傳感器/流量計的工作原理及典型應用

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現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、響應速度快等優點，廣泛應用于醫療、化工、食品和環保等域。

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射器，用來產生高頻聲波。這個聲波先穿過了傳感器壁，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，到達管道對面的傳感器壁，被另一側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，主要是因為管道壁或者液體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射器的方向，由于聲波無法到達接收端，因此當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射和接收超聲波，然后根據其反射和傳播的差異來判斷是否有氣泡存在。當存在氣泡時，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

優勢

超聲波氣泡傳感器相較于其他氣泡檢測設備，如光學氣泡檢測傳感器，具有多項優勢。先，它是非接觸式的，壽命長，靈敏度高，響應速度快。其次，它對管路的顏色、透明度、透光性等沒有嚴格要求，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行氣泡檢測。超聲波氣泡傳感器能適應各種規格管路，包括PVC，硅膠，PE和PUR等材質軟管。

超聲波氣泡傳感器適應不同顏色和透明度管路

典型應用

超聲波氣泡傳感器在眾多域都有著廣泛應用，特別是在醫療器械，半導體生產，生物制藥，工業自動化，食品飲料灌裝，噴涂和潤滑等域中。以下是一些典型應用：

醫療器械

在醫療域,超聲波氣泡傳感器主要用于各種醫療輸液設備中,如心肺機等,通過檢測管道中的氣泡來確定輸液的安全性。此外,在血液處理設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其重要的。氣泡會影響色譜分析的準確性，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

在化工生產中,需要對反應釜、發酵罐中的液位進行監測,避免出現干燥、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變化來監測液位的高低。

體外診斷

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

食品生產

在飲料灌裝、釀造、發酵等過程中,需要對液體進行去氣,這時就需要用到超聲波氣泡傳感器對氣泡含量進行監測。

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,以及對管道系統泄漏的監測。在灌裝、打印、噴涂等工業生產過程中，若液體中存在氣泡，可能會影響產品的質量和性能。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療域的典型應用

與超聲波流量傳感器的區別

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行測量的設備，但是它們的功能和應用場景有所不同。

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（Time of Flight，ToF）。當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小；而在逆流方向傳播時，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度的變化來監測流體中的氣泡。

在一些對流體流速和氣泡同時有監測要求的應用中，超聲波流量傳感器和超聲波氣泡傳感器可以一起使用，實現對管道內流體狀態的監控。例如，在輸液中，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

超聲波氣泡傳感器是一種重要的測量設備，它利用超聲波的物理特性，能有效地檢測液體中的氣泡。隨著科技的發展，超聲波氣泡傳感器的性能將得到進一步的提升，應用域會進一步拓展。無論是在醫療域，還是在工業生產中，超聲波氣泡傳感器都將發揮更加重要的作用。

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流體中氣泡，也可用于檢測軟管中某個位置的氣/液狀態，常用于醫療器械，半導體生產，生物制藥，工業自動化，食品飲料灌裝，噴涂和潤滑等域。傳感器使用超聲波脈沖技術，通過MCU軟件參數的設置，可靈活修改傳感器響應速度、時間延遲以及靈敏度等，以適應不同的應用需求。

特點

• 高精度高穩定性，干耦合，氣泡檢測靈敏度閾值可調

• 非侵入式測量，不與液體直接接觸，衛生安全

• 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部，尺寸緊湊

• 多個標準尺寸以適應不同的管徑，并可靈活定制

常見應用

• 醫療器械，如血透儀，人工心臟，人工心肺機，血液泵

• 生物制藥過程和裝備，如一次性反應容器，發酵罐，細胞培養設備，疫苗生產，切向流過濾系統，液相色譜儀，層析儀

• 食品，飲料加工，如牛奶，果汁，啤酒生產過程

• 灌裝設備，噴涂設備， 冷卻系統，潤滑系統

• 科學實驗系統

• 水處理和廢水處理系統