超聲波液位計測量方式研究與探討 七

第二章時差法超聲波液位計的工作原理

2．1超聲波

超聲波液位測量技術以超聲波作為信息采集手段。超聲波作為一門學科已有幾十年的歷史，其應用范圍很廣泛。超聲波不僅用來進行各種參數的檢測，而且廣泛應用于加工和處理技術。超聲波用于液位檢測時，主要利用了它的以下性質：

(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。聲速不僅與介質有關，還與介質所處的狀態(如溫度)有關。超聲波在空氣中傳播是由于氣體具有反抗壓縮和擴張的彈性模量，所以空氣分子受到振子振動面交替的壓縮與擴張時，氣體分子具有恢復力，即氣體反抗壓縮變化力的作用而實現彈性波德傳播。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)聲波在介質中傳播時會被吸收而衰減，氣體吸收最強而衰減最大，液體其次，固體吸收最小而衰減最小。因此，對于一給定強度的聲波，在氣體中傳播的距離會明顯比在液體和固體中傳播的距離短。另外，聲波在介質中傳播時衰減的程度還與聲波的頻率有關，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的衰減更明顯。

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

(4)當聲波從一種介質向另一種介質傳播時，因為兩種介質密度不同及聲波在其中傳播的速度不同，在分界面上聲波會產生反射和折射。

超聲波液位計就是利用了上述聲波的這種特性，通過測量聲波從發射至接收到被液面所反射的回波的時間間隔來確定液位高度。另外由表2-1可以看出，氣介式測量環境最理想，液介式次之。而且對于超聲波液位計來說，氣介式測量更能發揮非接觸測量的優勢，因此，在沒有特定要求時，超聲波液位計首選氣介式測量。

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