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超聲波液位計工作原理介紹及產(chǎn)品內(nèi)部各單元框圖
超聲波液位計工作原理：超聲波在氣體、液體和固體中傳播,，具有一定的傳播速度,。超聲波在介質(zhì)中傳播時會被吸收而衰減,，在氣體中傳播的衰減***大，在固體中傳播的衰減***小,。超聲波在穿過兩種不同介質(zhì)的分界面時會產(chǎn)生反射和折射,，對于聲阻抗差別較大的界面，幾乎為全反射,。從發(fā)射超聲波至接收發(fā)射回來的信號的時間間隔與分界面位置有關(guān),，超聲波液位計正是利用超聲波的這一特點進行物位測量的。
超聲波液位計的發(fā)射器和接受器既可以安裝在容器底部,，也可以安裝在容器的頂部,，發(fā)射的超聲波在相界面被發(fā)射，并由接收器接收,，測出超聲波從發(fā)射導接收的時間間隔，就可以測量物位的高低,。
超聲波液位計按照傳聲介質(zhì)不同,，可分為固介式、氣介式和液介式3種,，按探頭的工作方式可分為自發(fā)自收單探頭方式和收發(fā)分開的雙探頭方式,。相互組合可以得到6種超聲波液位計。在實際測量中,，有時液面會有氣泡,、懸浮物、波浪或液體出現(xiàn)沸騰,，引起反射混亂,，產(chǎn)生測量誤差，因此在復雜情況下宜采用固介式液位計,。圖1為單探頭超聲波液位計,，它使用一個換能器，由控制電路控制,，分時交替作發(fā)射器與接收器,。
圖1 單探頭超聲波液位計
設超聲波到液面的距離為H，波的傳播速度為c，傳播時間間隔為△t ,，則：H=c△t/2
要想通過測量超聲波傳播時間來確定物位,，聲速c必須恒定。實際上聲速隨介質(zhì)及其溫度變化而變化,，為了準確地測量物位,，對于一定的介質(zhì)，必須對聲速進行校正,。對于液介式的聲速校正的方法有校正具校正聲速法,、固定標記校正聲速法和溫度校正聲速法。對于氣介式的聲速校正一般采用溫度校正法,，即采用溫度傳感器測量出倉或罐的溫度,，根據(jù)聲速與溫度之間的關(guān)系計算出當時的聲速，再根據(jù)H=c△t/2公式求出料位,。
空氣中聲速c與溫度T之間的關(guān)系為：c=331.3+0.6T(m/s)
圖2為基于單片機的超聲波液位計的原理框圖,，該物位計以單片機為核心，進行超聲波的發(fā)射,、接收控制和數(shù)據(jù)處理,，具有聲速補償功能及自動增益控制功能。
圖2 超聲波液位計原理框圖
單片機根據(jù)量程確定發(fā)射周期,，輸出脈沖信號,，此信號使發(fā)射電路發(fā)出一串高頻(10kHz-40kHz)電脈沖，經(jīng)功率放大后,，加到探頭上,，探頭發(fā)出的超聲波到達料面后，經(jīng)發(fā)射又回到探頭,，探頭將接收到的超聲波能轉(zhuǎn)換成電信號,，放大后，送單片機的中斷口,。單片機對超聲波從發(fā)射到接收所需的時間計時,，同時測量現(xiàn)場環(huán)境溫度，按公式H=c△t/2和公式c=331.3+0.6T(m/s)計算出探頭到料面的高度H,，將料倉的高度減去H就可以得到料位的高度,。
超聲波液位計測量液位時與介質(zhì)不接觸，無可動部件,，傳播速度比較穩(wěn)定,，對光線、介質(zhì)黏度,、濕度,、介電常數(shù)、電導率和熱導率等不敏感，因此可以測量有毒,、腐蝕性或高黏度等特殊場合的液位,。超聲波液位計既可以連續(xù)測量和定點測量物位，也可以方便地提供遙測或遙控信號,，還能夠測量高速運動或有傾斜晃動的液體液位,，如置于汽車、飛機,、輪船中的液位,。但其結(jié)構(gòu)復雜，價格昂貴,，測量時對溫度比較敏感,，溫度的變化會引起聲速的變化，因此為了保證超聲波液位計的測量精度,，應進行溫度補償,。