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超声波液位计测量原理
发布时间:2020-10-02 08:30:54

当声波以垂直角度入射至介面时,其反射系数为两种介质的声阻抗差与声阻抗和的比值的平方。当两种介质的声阻抗相差较大时,即在界面处形成所谓的硬边界,这是入射波的介质速度在碰到分界面时好像弹性碰撞一样,变成反向速度,反射波质点速度与入射波质点速度相位改变180°。以空气/水界面为例,水的声阻抗与空气的声阻抗相差4个数量级,相差悬殊,因此当声波射入空气/水界面时,声波几乎全部被反射。

超声波液位计的测量原理及为回波测距,利用测量声波从发射至接受的时间间隔,结合补偿后的声波声速得到声波传输的距离h。1/2h即为超声波探头距离界面的距离。利用已知的仪表安装高度与超声波至界面的距离作差,即可获得当前储液装置内的液位高度。

超声波探头使用最多的是由压电晶片(或压电陶瓷)制成的换能器。超声波的接收和反射是基于压电晶片的压电效应和逆压电效应。其工作原理是:当压电晶片受发射脉冲激励后产生振动,即可发射声脉冲,此即逆压电效应。当超声波作用于晶片时,晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号,此为正压电效应。前者是超声波的发射,后者为超声波的接收。同一块压电晶体既负责超声波的发射,也负责接收。因此,在发射状态与接收状态之间,需要一段时间使得压电晶体从振荡状态恢复到静止状态,然后才能开始接收反射的超声波信号,根据时域反射原理,这段时间代表了空间的一段距离,即盲区。在盲区内,超声波液位计是不能进行测量的。一般超声波液位计的测量范围约大,其盲区就越大。

不同的超声波频率使用于不同量程的超声波液位计。一般规律是量程越小,超声波频率越高;量程越大,超声波频率越低。这是因为超声波的能量在发射和返回经过的介质中被衰减,低频长波的能量较大,可保证超声波的能量在长时间传播过程中不至于衰减的太多。若超声波能量太强,则被测页面会产生大量空化气泡,反而会降低回波的质量,影响测量精度。需根据测量范围的大小,选取合适的超声波液位计。


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