超声波液位计测量原理
超声波液位计测量原理
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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