分析超聲波液位計(jì)的原理基礎(chǔ)

　　在科學(xué)技術(shù)日新月異發(fā)展的今天，許多場合開始引進(jìn)電子設(shè)備作為輔助檢測，針對諸多行業(yè)儲液罐液位測量的特點(diǎn)和技術(shù)要求，采用一種基于超聲波液位計(jì)的液位高度測量系統(tǒng)。超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的，可在不同介質(zhì)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(qiáng)等特點(diǎn)，故超聲波液位計(jì)可廣泛應(yīng)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(diǎn)和連續(xù)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(shù)相比較，它不需要特別防護(hù)，安裝維修較方便，而且結(jié)構(gòu)較簡單，價(jià)格低廉。

 

　　超聲波液位計(jì)采用超聲波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)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(qiáng)的適應(yīng)性，可隨時(shí)改變用途(測距、測液位、測速等)和測量對象;功能擴(kuò)展方便，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量、控制和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)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(zhì)的不同而不同。其傳播速度(c)與物質(zhì)密度(ρ)的積(ρc)稱為該物質(zhì)的聲阻抗。在兩種物質(zhì)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(shí)就會(huì)產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生反射。圖5-24設(shè)置一個(gè)超聲波發(fā)射器和一個(gè)接收器(頻率相同)。發(fā)射器用于發(fā)射一個(gè)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(yuǎn)小于發(fā)射器和接收器與障礙物之間的距離h，超聲波從發(fā)射到被接收的時(shí)間t與h成正比關(guān)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(jì)在這個(gè)過程的傳播時(shí)間t來計(jì)算出物距h。在超聲波測物距的原理基礎(chǔ)上進(jìn)一步延伸，增添一些裝置就可以實(shí)現(xiàn)測量液位的目的，構(gòu)成了超聲波液位計(jì)。其簡要工作原理如圖5-25所示，將超聲波發(fā)射、接收器安裝在離液體底部高為H的位置上，設(shè)液面的高度為h。