超声波物位传感器的特点和应用

利用超声波在2种介质的分界面上的反射特性而制成的传感器，就是超声波物位传感器。如果以从发射超声脉冲开始，到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以对物位进行测量。

根据发射和接收换能器的功能，传感器又可分为单换能器和双换能器。

图4-15给出了几种超声物位传感器的结构示意图。

图4-15　几种超声物位传感器的结构

如图4-15（a）所示，超声波发射和接收换能器可以设置在液体介质中，让超声波在液体介质中传播。由于超声波在液体中衰减比较小，即使发射的超声脉冲幅度较小也可以传播。

如图4-15（b）所示，超声波发射和接收换能器也可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播。这种方式便于安装和维修，但超声波在空气中的衰减比较厉害。

对于单换能器来说，超声波从发射器到液面，又从液面反射到换能器的时间t为：

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则：

式中，h为换能器距液面的距离；c为超声波在介质中传播的速度。

对于如图4-15所示的双换能器，超声波从发射到接收经过的路程为2s，而s=ct/2，因此，液位高度h为：

式中，s为超声波从反射点到换能器的距离；α为2换能器间距之半。

由上述公式可得，只要测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔，便可以求得待测物位。

超声波物位传感器的特点是：能够实现定点及连续测量物位，并提供遥控信号；能够实现非接触测量，适用于有毒、高黏度及密封容器内的液位测量；能够实现安全火花型防爆；无机械可动部分，安装维修方便，换能器压电体振动幅度很小，寿命长。若液体中有气泡或液面发生波动，便会产生较大的误差。在一般使用条件下，它的测量误差为±0.1%，检测物位的范围为10-2～104m。