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超声波液位计原理概述

超声波液位计概述
在工业生产中，液位测量是一个重要的测量和控制手段，随着工业自动化程度的快速发展，液位测量已被广泛应用，如各种容器、管道内液位测量及水库、江河、水渠的水位测量。无论是应用于哪种场所，都对液位计的测量精度提出了越来越高的要求。目前，超声波液位计是液位测量使用中*普遍的。超声波液位计也称超声波物位计，是一种优良的非接触式的界面测量设备，适用于石油、化工、自来水、污水处理、水利水文、钢铁、煤矿、电力、交通以及食品加工等行业。它安装操作简便，适用性广，价格低廉，是物美价廉的物位、液位测量设备。

超声波物位计的工作原理如右图所示，超声波液位计一般采用收发合一的陶瓷超声波换能器，声波的发射和接收都由同一个探头完成，探头向被测液面发射超声波信号，超声波由探头经传播介质传播至被测液面，在液面上形成反射，反射波沿原路径传播至探头，被探头接收，计时单元测量超声波从发射到回波被接收所用的时间，根据声波在空气中的传播速度，可以计算出探头至液面的距离，从而得出液面的高度。
h=H-S=H-V*t/2
其中  H表示探头距容器底部的距离；
S表示探头距离液面的距离；
V为超声波在空气中的传播速度；
t为超声波的传播时间；
一般而言，在正常大气压下，超声波的速度在空气中是随温度的变化而变化的，所以需要作出一定的温度补偿。
V=V0√（1+T/273）
其中  V0=331.45m/s为0℃时的声速；
      T表示温度，单位为℃；
在工业测量上一般近似关系为
V=331.45+0.607T
另一方面由于声波是纵向传播的弹性机械波，它借助传播介质的分子运动而传播，会因传播介质的吸收、散射和声波的扩散等原因，导致声强、声压和声能减弱，发生声波衰减，并且在液位计的测量需要在被测液面上形成一次声波反射，这同样会引起声波的衰减。声波是按指数规律衰减的，当液面高度不同时，声波的传输距离也不相同，其接受波的幅度也会有较大差异。这些都会在渡越时间上产生一定的误差，还有一些系统误差、压力、液面表面的悬浮物、传播介质的纯净度等都会影响仪器的精度。
同时，我们在考虑超声波液位计时同时必须考虑到液位计的盲区即死区，它是由于超声换能器的余震造成的。比如盲区30cm，也就是说，在液面跟探头的距离小于30cm的时候将会出现不能测量的情况。相同量程的产品，盲区越小，说明这个换能器的设计越好；对于一些密闭罐体或者短量程的测量来说，安装会越方便。因此，盲区同样是衡量液位计水平的重要指标。
超声液位计安装有法兰和螺纹两种方式，不推荐使用吊装，因为吊装容易受风影响。安装的时候，一般要考虑盲区的影响。为了避免盲区，用加长导管安装的时候，必须注意探头辐射两端与导管断面两端形成的夹角要大于换能器的锐度角。大部分物位用的换能器都可以看成一个原型活塞阵。换能器锐度角的计算公式;
θ=2arcsin(0.61λ/a)
式中 λ为波长；a为换能器的辐射面的半径；这样就可以验证产家标称的波束角是否真实。波束角也不是越小越好，因为对大量程的产品来说，波束角太小，那么要垂直对准液面则比较困难。
现我公司主要有DynaPlus分体式和DynProbe一体式超声波液位计等，其盲区短、精度
高、测量稳定，可广泛应用于化工、电力、冶金、石油、水处理等行业的各种物位测量，对具有强腐蚀性的酸液、碱液或粘稠的、混浊的，或含有杂质的液体的物位测量，效果**。

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