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分析超聲波液位計的原理基礎(chǔ)

2022-07-11標(biāo)簽:超聲波液位計

  在科學(xué)技術(shù)日新月異發(fā)展的今天,許多場合開始引進(jìn)電子設(shè)備作為輔助檢測,針對諸多行業(yè)儲液罐液位測量的特點(diǎn)和技術(shù)要求,采用一種基于超聲波液位計的液位高度測量系統(tǒng)。超聲波是由機(jī)械振動產(chǎn)生的,可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播,具有定向性好、能量集中、在傳輸過程中衰減小、反射能力較強(qiáng)等特點(diǎn),故超聲波液位計可廣泛應(yīng)用于非接觸式檢測法,不受光線、被測物顏色等的影響。它不僅能夠定點(diǎn)和連續(xù)測液位,而且能方便地提供遙測或遙控所需的信號。與其他測位技術(shù)相比較,它不需要特別防護(hù),安裝維修較方便,而且結(jié)構(gòu)較簡單,價格低廉。
 
  超聲波液位計采用超聲波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)測液位,最大的好處是測量儀器不必浸入液體中,減少了儀器與液體之間的相互影響,無任何污染,也提高了安全性和可靠;具有較高的靈活性和較強(qiáng)的適應(yīng)性,可隨時改變用途(測距、測液位、測速等)和測量對象;功能擴(kuò)展方便,實(shí)現(xiàn)自動測量、控制和計算機(jī)數(shù)據(jù)采集。
 
  超聲波(15kHz以上)能在氣體、液體、固體中傳播,其傳播速度及衰減量隨物質(zhì)的不同而不同。其傳播速度(c)與物質(zhì)密度(ρ)的積(ρc)稱為該物質(zhì)的聲阻抗。在兩種物質(zhì)界面上,超聲波的反射率取決于聲阻抗,ρc大的反射率也大。超聲波在空氣中傳播,遇到障礙物(包括水等液體,只要符合ρc較大的情況)時就會產(chǎn)生明顯的反射。超聲波的傳播具有一定的直線性,而且遇障礙物會產(chǎn)生反射。圖5-24設(shè)置一個超聲波發(fā)射器和一個接收器(頻率相同)。發(fā)射器用于發(fā)射一個超聲波信號,而接收器用于接收從障礙物反射回來的超聲波信號。如果使兩束波的夾角θ遠(yuǎn)小于發(fā)射器和接收器與障礙物之間的距離h,超聲波從發(fā)射到被接收的時間t與h成正比關(guān)系,即
 
  其中,c是超聲波速度,在空氣中約為344m/s。我們可以通過超聲波液位計在這個過程的傳播時間t來計算出物距h。在超聲波測物距的原理基礎(chǔ)上進(jìn)一步延伸,增添一些裝置就可以實(shí)現(xiàn)測量液位的目的,構(gòu)成了超聲波液位計。其簡要工作原理如圖5-25所示,將超聲波發(fā)射、接收器安裝在離液體底部高為H的位置上,設(shè)液面的高度為h。
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