浅谈超声波时差测量技术

　　要测出容器中所装物品的高度，对于小型容器可以目测，或者简单工具皮尺、标杆等直接测量出，但是对于一些特殊容器，例如大型煤仓、装有毒液体的储罐，密闭容器等，就要使用物位仪表测量。物位测量仪表是测量液态和粉粒状材料的液面和装载高度的工业自动化仪表。物位测量仪表的种类很多，常用的有直读式液位计、差压式物位仪表、浮力式液位计、电容式物位仪表、超声波物位计、微波物位计和核辐射物位仪表。此外，还有电触点式、翻板式和机械叶轮探测式等物位测量仪表。超声波物位计与微波物位计使用性广，安装方便，精确度高，在现在工业中得到了越来越广泛的应用。

　　1超声波时差测量技术

　　在超声波检测技术中，不管哪种超声波仪器，都必须把电能转换成超声波发射出去，再接收回来变换成电信号，完成这项功能的装置就叫超声波换能器，也称探头。将超声波换能器置于被测液体上方，向下发射超声波，超声波穿过空气介质，在遇到水面时被反射回来，又被换能器所接收并转换为电信号，电子检测部分检测到这一信号后将其变成液位信号进行显示并输出。

　　发射器发送超声波，经介质表面反射后，接收器接受反射波，由发射器与反射物(介质表面) 之间的距离可计算出物位高度：由超声波在介质中传播原理可知，若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定，则超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此，当测出超声波由发射到遇到介质表面反射被收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了物位的数据。要精确计算出物位首先要了解超声波特性，确定声波在某种介质中的传播速度C。人耳所能听到的声波在20~20000Hz之间，频率超过 20000Hz人耳所不能听到的声波称为超声波。超声波是机械波的一种，它的特征是频率高，因而波长短，绕射现象小，最明显的特性就是方向性好，能够成为射线定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透能力强，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或界面就会有显著的反射，超声波测量物位就是利用了它的这一特征。

　　要测物位，声波在气体中的传播速度是关键。声音的传播速度取决于介质的弹性常数及介质的密度。声音在气体中的传播速度：

　　超声波是有衰减的，它的频率愈低，随着距离的衰减愈小，但是反射效率也小。因此，应根据测量范围、物位表面状况和周围环境条件来决定所使用的超声波传感器。借助不同的发射频率，可以测量的测量范围从4 米到70 米。