分析超声波液位计的原理基础

　　在科学技术日新月异发展的今天，许多场合开始引进电子设备作为辅助检测，针对诸多行业储液罐液位测量的特点和技术要求，采用一种基于超声波液位计的液位高度测量系统。超声波是由机械振动产生的，可在不同介质中以不同的速度传播，具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减小、反射能力较强等特点，故超声波液位计可广泛应用于非接触式检测法，不受光线、被测物颜色等的影响。它不仅能够定点和连续测液位，而且能方便地提供遥测或遥控所需的信号。与其他测位技术相比较，它不需要特别防护，安装维修较方便，而且结构较简单，价格低廉。

 

　　超声波液位计采用超声波技术来实现测液位，最大的好处是测量仪器不必浸入液体中，减少了仪器与液体之间的相互影响，无任何污染，也提高了安全性和可靠;具有较高的灵活性和较强的适应性，可随时改变用途(测距、测液位、测速等)和测量对象;功能扩展方便，实现自动测量、控制和计算机数据采集。

 

　　超声波(15kHz以上)能在气体、液体、固体中传播，其传播速度及衰减量随物质的不同而不同。其传播速度(c)与物质密度(ρ)的积(ρc)称为该物质的声阻抗。在两种物质界面上，超声波的反射率取决于声阻抗，ρc大的反射率也大。超声波在空气中传播，遇到障碍物(包括水等液体，只要符合ρc较大的情况)时就会产生明显的反射。超声波的传播具有一定的直线性，而且遇障碍物会产生反射。图5-24设置一个超声波发射器和一个接收器(频率相同)。发射器用于发射一个超声波信号，而接收器用于接收从障碍物反射回来的超声波信号。如果使两束波的夹角θ远小于发射器和接收器与障碍物之间的距离h，超声波从发射到被接收的时间t与h成正比关系，即

 

　　其中，c是超声波速度，在空气中约为344m/s。我们可以通过超声波液位计在这个过程的传播时间t来计算出物距h。在超声波测物距的原理基础上进一步延伸，增添一些装置就可以实现测量液位的目的，构成了超声波液位计。其简要工作原理如图5-25所示，将超声波发射、接收器安装在离液体底部高为H的位置上，设液面的高度为h。