超聲波液位計(jì)測(cè)量方式研究與探討 七

第二章時(shí)差法超聲波液位計(jì)的工作原理

2．1超聲波

超聲波液位測(cè)量技術(shù)以超聲波作為信息采集手段。超聲波作為一門學(xué)科已有幾十年的歷史，其應(yīng)用范圍很廣泛。超聲波不僅用來(lái)進(jìn)行各種參數(shù)的檢測(cè)，而且廣泛應(yīng)用于加工和處理技術(shù)。超聲波用于液位檢測(cè)時(shí)，主要利用了它的以下性質(zhì)：

(1)和其他聲波一樣，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，并有各自的傳播速度。例如，在常溫下空氣中的聲速約為334m／s，在水中的聲速約為1440m／s，而在鋼鐵中約為5000m／s。聲速不僅與介質(zhì)有關(guān)，還與介質(zhì)所處的狀態(tài)(如溫度)有關(guān)。超聲波在空氣中傳播是由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)張的彈性模量，所以空氣分子受到振子振動(dòng)面交替的壓縮與擴(kuò)張時(shí)，氣體分子具有恢復(fù)力，即氣體反抗壓縮變化力的作用而實(shí)現(xiàn)彈性波德傳播。因此，聲波在大氣中的傳播速度受氣體密度、濕度、分子成分等因素的影響。

(2)聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)被吸收而衰減，氣體吸收最強(qiáng)而衰減最大，液體其次，固體吸收最小而衰減最小。因此，對(duì)于一給定強(qiáng)度的聲波，在氣體中傳播的距離會(huì)明顯比在液體和固體中傳播的距離短。另外，聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)衰減的程度還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高，聲波的衰減也越大，因此，超聲波比其他聲波在傳播時(shí)的衰減更明顯。

(3)聲波傳播時(shí)的方向性隨聲波的頻率的升高而變強(qiáng)，發(fā)射的聲束也越尖銳，超聲波可近似為直線傳播，具有很好的方向性。

(4)當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，因?yàn)閮煞N介質(zhì)密度不同及聲波在其中傳播的速度不同，在分界面上聲波會(huì)產(chǎn)生反射和折射。

超聲波液位計(jì)就是利用了上述聲波的這種特性，通過(guò)測(cè)量聲波從發(fā)射至接收到被液面所反射的回波的時(shí)間間隔來(lái)確定液位高度。另外由表2-1可以看出，氣介式測(cè)量環(huán)境最理想，液介式次之。而且對(duì)于超聲波液位計(jì)來(lái)說(shuō)，氣介式測(cè)量更能發(fā)揮非接觸測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，因此，在沒(méi)有特定要求時(shí)，超聲波液位計(jì)首選氣介式測(cè)量。

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