超声波液位计测量方式研究与探讨 七

第二章时差法超声波液位计的工作原理

2．1超声波

超声波液位测量技术以超声波作为信息采集手段。超声波作为一门学科已有几十年的历史，其应用范围很广泛。超声波不仅用来进行各种参数的检测，而且广泛应用于加工和处理技术。超声波用于液位检测时，主要利用了它的以下性质：

(1)和其他声波一样，超声波可以在气体、液体及固体中传播，并有各自的传播速度。例如，在常温下空气中的声速约为334m／s，在水中的声速约为1440m／s，而在钢铁中约为5000m／s。声速不仅与介质有关，还与介质所处的状态(如温度)有关。超声波在空气中传播是由于气体具有反抗压缩和扩张的弹性模量，所以空气分子受到振子振动面交替的压缩与扩张时，气体分子具有恢复力，即气体反抗压缩变化力的作用而实现弹性波德传播。因此，声波在大气中的传播速度受气体密度、湿度、分子成分等因素的影响。

(2)声波在介质中传播时会被吸收而衰减，气体吸收最强而衰减最大，液体其次，固体吸收最小而衰减最小。因此，对于一给定强度的声波，在气体中传播的距离会明显比在液体和固体中传播的距离短。另外，声波在介质中传播时衰减的程度还与声波的频率有关，频率越高，声波的衰减也越大，因此，超声波比其他声波在传播时的衰减更明显。

(3)声波传播时的方向性随声波的频率的升高而变强，发射的声束也越尖锐，超声波可近似为直线传播，具有很好的方向性。

(4)当声波从一种介质向另一种介质传播时，因为两种介质密度不同及声波在其中传播的速度不同，在分界面上声波会产生反射和折射。

超声波液位计就是利用了上述声波的这种特性，通过测量声波从发射至接收到被液面所反射的回波的时间间隔来确定液位高度。另外由表2-1可以看出，气介式测量环境最理想，液介式次之。而且对于超声波液位计来说，气介式测量更能发挥非接触测量的优势，因此，在没有特定要求时，超声波液位计首选气介式测量。

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