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超聲波液位計(jì)測量原理
發(fā)布時(shí)間:2020-10-02 08:30:54

當(dāng)聲波以垂直角度入射至介面時(shí),其反射系數(shù)為兩種介質(zhì)的聲阻抗差與聲阻抗和的比值的平方。當(dāng)兩種介質(zhì)的聲阻抗相差較大時(shí),即在界面處形成所謂的硬邊界,這是入射波的介質(zhì)速度在碰到分界面時(shí)好像彈性碰撞一樣,變成反向速度,反射波質(zhì)點(diǎn)速度與入射波質(zhì)點(diǎn)速度相位改變180°。以空氣/水界面為例,水的聲阻抗與空氣的聲阻抗相差4個(gè)數(shù)量級(jí),相差懸殊,因此當(dāng)聲波射入空氣/水界面時(shí),聲波幾乎全部被反射。

超聲波液位計(jì)的測量原理及為回波測距,利用測量聲波從發(fā)射至接受的時(shí)間間隔,結(jié)合補(bǔ)償后的聲波聲速得到聲波傳輸?shù)木嚯xh。1/2h即為超聲波探頭距離界面的距離。利用已知的儀表安裝高度與超聲波至界面的距離作差,即可獲得當(dāng)前儲(chǔ)液裝置內(nèi)的液位高度。

超聲波探頭使用最多的是由壓電晶片(或壓電陶瓷)制成的換能器。超聲波的接收和反射是基于壓電晶片的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。其工作原理是:當(dāng)壓電晶片受發(fā)射脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng),即可發(fā)射聲脈沖,此即逆壓電效應(yīng)。當(dāng)超聲波作用于晶片時(shí),晶片受迫振動(dòng)引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào),此為正壓電效應(yīng)。前者是超聲波的發(fā)射,后者為超聲波的接收。同一塊壓電晶體既負(fù)責(zé)超聲波的發(fā)射,也負(fù)責(zé)接收。因此,在發(fā)射狀態(tài)與接收狀態(tài)之間,需要一段時(shí)間使得壓電晶體從振蕩狀態(tài)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài),然后才能開始接收反射的超聲波信號(hào),根據(jù)時(shí)域反射原理,這段時(shí)間代表了空間的一段距離,即盲區(qū)。在盲區(qū)內(nèi),超聲波液位計(jì)是不能進(jìn)行測量的。一般超聲波液位計(jì)的測量范圍約大,其盲區(qū)就越大。

不同的超聲波頻率使用于不同量程的超聲波液位計(jì)。一般規(guī)律是量程越小,超聲波頻率越高;量程越大,超聲波頻率越低。這是因?yàn)槌暡ǖ哪芰吭诎l(fā)射和返回經(jīng)過的介質(zhì)中被衰減,低頻長波的能量較大,可保證超聲波的能量在長時(shí)間傳播過程中不至于衰減的太多。若超聲波能量太強(qiáng),則被測頁面會(huì)產(chǎn)生大量空化氣泡,反而會(huì)降低回波的質(zhì)量,影響測量精度。需根據(jù)測量范圍的大小,選取合適的超聲波液位計(jì)。


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