超聲波液位計測量方式研究與探討 十四

3．2探頭和參考擋板的安裝方式

本設計中采用了設置聲速校正具的方法獲得參考聲速，這里的聲速校正具是一個反射性能良好的擋板。擋板與探頭之間的距離固定，以獲得測量環境下的實際超聲波聲速。此設計中的關鍵問題是如何安裝超聲波探頭與參考擋板，包括兩探頭之間的距離、探頭中心軸線與垂直方向的夾角、探頭與擋板的距離以及擋板的大小等問題。下面將對此做出詳細討論。

探頭選用T／R40—16型，外殼直徑16mm，則其聲束直徑約為15mm。探頭中心頻率40kHz，其聲束方向性很強，擴散很小。現在假設其聲束是沒有擴散的理想狀態，以便于討論。

在a=l即兩探頭相距2cm時，探頭中心軸的垂直交角只有在0≤0．3。時，才能達到接近5米的量程。在工業應用中，一般所需量程較大，當量程低于3m時，研究意義不大。因此，只對最大量程大于3m的情況作進一步討論。在a=1．5em即兩探頭相距3cm時，探頭中心軸的垂直交角只有在0≤O．4。時，才能達到4米的量程；在0>0．4。時，量程太小，不具有實用價值。同理，a=2cm時，0≤0．5。時，最大量程可達4米，o>0．5。不做考慮；a=2．5cm時，o≤O．5。時，最大量程4．5米，0>O．5。不做考慮；a=3cm時，0 40．6。時，最大量程4米，不考慮0>0．6。的情況；a=3．5cm時，o≤0．7。時，最大量程4米，不考慮o>0．7。的情況。如此類推，如表3—1所示，由于量程太小不具備研究價值，因此只討論陰影部分的數據。由于實際上超聲波換能器發出的聲束具有一定的擴散角度，因此，其實際最大量程比表中列出的值要大一些。

為了避免發射探頭發出的超聲波直接進入接收探頭引起的干擾，一般采用軟件措施，設置一個門檻時間。當門檻時問設為1ms時，由此產生的超聲波液位計盲區為34mm，因此擋板與探頭的距離h應大于34mm。并且由于擋板的設置，會影響最高液位，因此，h不宜過大，一般不超過lm。并且，由于擋板起參考校正的作用，所以擋板與探頭的距離一般去整數值，50cm或lm。

由于超聲波功率驅動的限制，一般超聲波液位計的量程最大為30m。工業實際應用中，可根據量程要求及安裝環境等因素，選擇合適的安裝角度和擋板位置。

在擋板位置的選擇上，優先選擇擋板與探頭相距50cm，這樣不但可減小盲區，還可在一定程度上減少擋板對最高液位的影響。另外，由于兩超聲波探頭離得越遠，接收探頭接收到的信號越弱，信號處理也比較復雜；而兩探頭離得太近，則會產生較大的干擾，加大信號處理的難度；多次實驗表明，a=2cm測量效果最好。

這樣在實際測量中可以通過改變超聲波探頭的安裝角度及兩探頭的安裝距離來達到符合測量要求的最大量程。

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