分析超聲波液位計的原理基礎

　　在科學技術日新月異發展的今天，許多場合開始引進電子設備作為輔助檢測，針對諸多行業儲液罐液位測量的特點和技術要求，采用一種基于超聲波液位計的液位高度測量系統。超聲波是由機械振動產生的，可在不同介質中以不同的速度傳播，具有定向性好、能量集中、在傳輸過程中衰減小、反射能力較強等特點，故超聲波液位計可廣泛應用于非接觸式檢測法，不受光線、被測物顏色等的影響。它不僅能夠定點和連續測液位，而且能方便地提供遙測或遙控所需的信號。與其他測位技術相比較，它不需要特別防護，安裝維修較方便，而且結構較簡單，價格低廉。

 

　　超聲波液位計采用超聲波技術來實現測液位，最大的好處是測量儀器不必浸入液體中，減少了儀器與液體之間的相互影響，無任何污染，也提高了安全性和可靠;具有較高的靈活性和較強的適應性，可隨時改變用途(測距、測液位、測速等)和測量對象;功能擴展方便，實現自動測量、控制和計算機數據采集。

 

　　超聲波(15kHz以上)能在氣體、液體、固體中傳播，其傳播速度及衰減量隨物質的不同而不同。其傳播速度(c)與物質密度(ρ)的積(ρc)稱為該物質的聲阻抗。在兩種物質界面上，超聲波的反射率取決于聲阻抗，ρc大的反射率也大。超聲波在空氣中傳播，遇到障礙物(包括水等液體，只要符合ρc較大的情況)時就會產生明顯的反射。超聲波的傳播具有一定的直線性，而且遇障礙物會產生反射。圖5-24設置一個超聲波發射器和一個接收器(頻率相同)。發射器用于發射一個超聲波信號，而接收器用于接收從障礙物反射回來的超聲波信號。如果使兩束波的夾角θ遠小于發射器和接收器與障礙物之間的距離h，超聲波從發射到被接收的時間t與h成正比關系，即

 

　　其中，c是超聲波速度，在空氣中約為344m/s。我們可以通過超聲波液位計在這個過程的傳播時間t來計算出物距h。在超聲波測物距的原理基礎上進一步延伸，增添一些裝置就可以實現測量液位的目的，構成了超聲波液位計。其簡要工作原理如圖5-25所示，將超聲波發射、接收器安裝在離液體底部高為H的位置上，設液面的高度為h。