超声波液位计测量方式研究与探讨 十四

3．2探头和参考挡板的安装方式

本设计中采用了设置声速校正具的方法获得参考声速，这里的声速校正具是一个反射性能良好的挡板。挡板与探头之间的距离固定，以获得测量环境下的实际超声波声速。此设计中的关键问题是如何安装超声波探头与参考挡板，包括两探头之间的距离、探头中心轴线与垂直方向的夹角、探头与挡板的距离以及挡板的大小等问题。下面将对此做出详细讨论。

探头选用T／R40—16型，外壳直径16mm，则其声束直径约为15mm。探头中心频率40kHz，其声束方向性很强，扩散很小。现在假设其声束是没有扩散的理想状态，以便于讨论。

在a=l即两探头相距2cm时，探头中心轴的垂直交角只有在0≤0．3。时，才能达到接近5米的量程。在工业应用中，一般所需量程较大，当量程低于3m时，研究意义不大。因此，只对最大量程大于3m的情况作进一步讨论。在a=1．5em即两探头相距3cm时，探头中心轴的垂直交角只有在0≤O．4。时，才能达到4米的量程；在0>0．4。时，量程太小，不具有实用价值。同理，a=2cm时，0≤0．5。时，最大量程可达4米，o>0．5。不做考虑；a=2．5cm时，o≤O．5。时，最大量程4．5米，0>O．5。不做考虑；a=3cm时，0 40．6。时，最大量程4米，不考虑0>0．6。的情况；a=3．5cm时，o≤0．7。时，最大量程4米，不考虑o>0．7。的情况。如此类推，如表3—1所示，由于量程太小不具备研究价值，因此只讨论阴影部分的数据。由于实际上超声波换能器发出的声束具有一定的扩散角度，因此，其实际最大量程比表中列出的值要大一些。

为了避免发射探头发出的超声波直接进入接收探头引起的干扰，一般采用软件措施，设置一个门槛时间。当门槛时问设为1ms时，由此产生的超声波液位计盲区为34mm，因此挡板与探头的距离h应大于34mm。并且由于挡板的设置，会影响最高液位，因此，h不宜过大，一般不超过lm。并且，由于挡板起参考校正的作用，所以挡板与探头的距离一般去整数值，50cm或lm。

由于超声波功率驱动的限制，一般超声波液位计的量程最大为30m。工业实际应用中，可根据量程要求及安装环境等因素，选择合适的安装角度和挡板位置。

在挡板位置的选择上，优先选择挡板与探头相距50cm，这样不但可减小盲区，还可在一定程度上减少挡板对最高液位的影响。另外，由于两超声波探头离得越远，接收探头接收到的信号越弱，信号处理也比较复杂；而两探头离得太近，则会产生较大的干扰，加大信号处理的难度；多次实验表明，a=2cm测量效果最好。

这样在实际测量中可以通过改变超声波探头的安装角度及两探头的安装距离来达到符合测量要求的最大量程。

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