簡單分析超聲波物位計的測量原理

　　超聲波物位計是一種機械波，是機械振動在介質中的傳播過程，當振動頻率在十余赫茲到萬余赫茲時可以引起人的聽覺，稱為聲波;更低頻率的機械波稱為次聲波;20kHz以上的機械波稱為超聲波，物位檢測一般使用超聲波。聲波可以在氣體、液體、固體中傳播，并具有一定的傳播速度。聲波在穿過介質時會被吸收而產生衰減，氣體吸收最強衰減最大，液體次之，固體吸收最少衰減最小。

 

　　聲波穿過不同介質的分界面時會產生反射，反射波的強弱決定于分界面兩邊介質的聲阻抗，兩介質的聲阻杭差別越大，反射波越強。聲阻抗即介質的密度與聲速的乘積。當聲波從液體或固體傳播到氣體，或相反的情況下，由于兩種介質的聲阻杭相差懸殊，聲波幾乎全部被反射。聲波傳播時的方向性隨聲波的頻率的升高而變強，發射的聲速也越尖銳，超聲波可近似為直線傳播，具有很好的方向性。根據聲波從發射至接收到反射回波的時間間隔與物位高度之間的關系，就可以進行物位的測量。

 

　　超聲波物位計的測量原理：

 

　　超聲波物位計是利用超聲波在液面處反射原理進行液位高度檢測的，即應用回聲測量距離原理工作的，如圖所示。當超聲波探頭向液面發射短促的超聲波脈沖時，經過時間t后，探頭接到從液面反射回來的回聲脈沖。因此，探頭到液面的距離h可按下式求出：設超聲探頭到容器底部的距離為h，測液位數值為

 

　　H=h-0.5vt

 

　　式中，v為超聲波在被測介質中的傳播速度(簡稱聲速)(m/s)。

 

　　由此可見，只需知道聲速v，就可以通過精確地測量時間t的方法求出液位高度。當然，其前提條件是聲速v必須是恒定的，或者采用某種辦法補償聲速的變化。

 

　　在具體使用超聲波物位計中，面臨的一個問題就是如何確定超聲波的發射能量。若增大發射能量，可以增加聲波在介質中的傳播距離，適合較大物位檢測，達到接收器的能量較高，提高精度。但是這也會對測量帶來不利影響，對液體測量而言，高發射能量會產生不利的超聲效應，使得液體中大量空化氣泡的形成，使超聲能量在此區域消耗，不能傳到較遠處，而且聲能被介質吸收后，會提高介質溫度，使介質特性變化，降低測量精度。因此，通常采用較高頻率的超聲脈沖，既減少了單位時間內超聲波發射的能量，又提高超聲脈沖的幅值。