分體超聲波液位計的測量原理及其應用

分體超聲波液位計的基本理論介紹
      聲波是一種機械波。聲的發生是由於發聲物體的機械振動引起周圍彈性介質中質點 的振動由近及遠的傳播，這就是聲波。聲波 的頻率高低不同，頻率超過 20000HZ 的叫超 聲波，而頻率低於 20Hz 的叫次聲波。超聲波 的頻率最高可達 1011Hz。超聲波傳感器是近 年來發展起來的新型傳感器，可廣泛應用於 非接觸性測量的場合，如液體界面檢測、流 量測量，水下作業、煤煙濃度、積雪厚度監 測等多個領域。
      超聲波的發生 超聲波是由超聲波發生器産生的。超聲波發生器主要是電聲型，它是将電磁能轉換 成機械能。其結構分爲兩部分：一部分是産 生高頻電流或電壓的電源；另一部分是換能 器，他的作用是将電磁振蕩變換成機械振蕩 而産生超聲波。壓電式換能器：某些晶體受到外力作用 發生形變時，在它的表面上會出現電荷，這
種效應稱之爲壓電效應。具有壓電效應的晶體稱爲壓電晶體。
      壓電效應是可逆的，逆壓電效應就是在 晶體切片的兩對面上加交變電場（或電壓），晶體切片就産生伸長與縮短現象，這種現象 叫電緻伸縮。而壓電式換能器就是利用電緻伸縮現象 制成的，在壓電材料切片上施加交變電壓， 使它産生電緻伸縮振動而産生超聲波。根據 共振原理，當外加交變電壓頻率等於晶片的 固有頻率時，産生共振，這時産生的超聲波 最強。
      超聲波的接收 在超聲波技術中，除瞭需要能産生一定的頻率和強度的超聲波發生器以外，還需要 能接收超聲波的接收器。壓電式超聲波接收 器是利用正壓電效應進行工作的。當超聲波 作用到壓電晶片上時，使晶片伸縮，在晶片 上的兩個界面上變産生交變電荷。這種電荷 先被轉換成電壓經過放大後送到測量電路， 最後記錄或顯示出結果。他的結構和超聲波 發生器基本相同，有時就用同一個換能器兼 作發生器和接收器兩種用途。秦山二廠的超 聲波液位計探頭採用的就是同一個壓電換能 器，兼作發生器和接收器兩種功能。
      超聲波液位計主管道液位測量中的應用物位檢測面臨的對象不同，檢測條件和 檢測環境也不相同，檢測方法很多，歸納起 來主要有直讀式、靜壓式、浮力式、聲學式、光學式等幾種。其中超聲波物位傳感器屬於 聲學式的一種，利用超聲波在兩種介質的分 界面上的反射特性而制成的。超聲波液位測 量有許多優點：它不僅能夠定點和連續測液位 ,而且能方便地提供遙測或遙控所需的信号。 與其他測位技術相比，它不需要特别防護， 安裝和維護較方便，而且結構、方法都較簡單。
      超聲波液位測量的方法有很多，如脈沖 回波法、共振法、頻差法以及聲衰減法。其 中應用最廣泛的是脈沖回波法。它的基本工 作原理是：超聲換能器由脈沖激勵信号發出 超聲波，聲波在介質中傳播到達液面時，經液面反射形成發射波，再經介質傳播返回到 換能器，換能器把聲信号轉換成電信号。由 二次儀表測出超聲波從發射到接收所需的時 間，再根據介質中超聲波傳播速度和換能器 的安裝高度，就可計算液位高度。