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超聲波液位儀理論底子

超聲波是一種人耳無法聽到的、頻率一樣通常凌駕 20kHz 的聲音,它具有以下特性：

（1） 波長與輻射:

流傳速率是用頻率乘以波長來表現。電磁波的流傳速率是310⁸m/s,而聲波在氛圍中的流傳速率很慢，約為344m/s。在這種比力低的流傳速率下，波長很短，這就意味著可以得到較高的間隔和偏向辨別率。正是由于這種較高的辨別率特性，才使我們有大概在舉行丈量時得到很高的準確度。

（2） 反射：

要探測某個物體是否存在，超聲波應可以大概在該物體上得到反射，由于金屬、木料、混凝土、橡膠和紙等可以反射近乎100﹪的超聲波，因此我們可以很容易地探測到這些物體。由于布、棉花等可以吸取超聲波，探測到他們將非常困難。別的，由于不規矩反射，通常大概很難探測到外貌震驚幅度很大的物體。

（3） 溫度:

聲波流傳的速率“V”可以用下列公式（2.1）表現：

V=331.5+0.607t(m/s)                   （2.1 ）

式中，t=溫度（C），也便是說，聲音流傳速率隨四周溫度的變革有所差別。因此，要準確的丈量與某個物體之間的間隔時，始終查抄四周溫度是非常必要的。

（4）衰減:

流傳到氛圍中的超聲波強度隨間隔的變革成比例地削弱，這是由于衍射征象上的擴散喪失，和介質吸取能量產生的吸取喪失。  

超聲波液位儀事情原理

超聲波液位儀的根本領情原理是利用超聲波流傳時間和流傳速率來確定液面間隔。即所謂的脈沖---回波方法^[6]。

如圖5所示，由超聲波的入射和反射之間的夾角θ，可以盤算出探頭距液面垂直高度 L=Scos(θ/2 ),L 為超聲波到液面的垂直間隔，S 為現實間隔，液位高度盤算公式為:

L=v t/2cos(θ/2 )                           （2.3 ）

此中，v 表現超聲波聲速，t 表現超聲波流傳時間。單片機憑據脈沖發射時間和吸收的時間盤算出時間差 t，即超聲波在氛圍中流傳的時間，并由式：

S=1 /2Ct                                      （2.4 ）

盤算出間隔 S，式中參數C是超聲波在氛圍中流傳速率，因而設置溫度傳感器舉行修正。由于超聲波易于定向發射、偏向性好、強度易控制、與被丈量物體不必要直接打仗的長處，是作為液體高度丈量的抱負本領。在細密的液位丈量中必要到達毫米級的丈量精度，但是現在海內的超聲波液位儀專用集成電路都是只有厘米級的丈量精度。通過溫度賠償和數字均勻濾波的方法，可以將數據進步到毫米級。

超聲波探頭的布局和原理

超聲波探頭是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機器波，由換能芯片在電壓的鼓勵下產生振動產生的，它具有頻率高、波是非、繞射征象小，分外是偏向性好、可以大概定向流傳等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波遇到雜質或分界面會產生明顯反射，從而形成反射回波，遇到運動物體能產生多普勒效應。因此這項技能遍及應用在產業、國防、生物醫學等方面以這種檢測本領，必須發射超聲波和吸收超聲波。能同時完成這種功效的裝置便是超聲波探頭，也稱為超聲換能器。

對應用于產業的超聲波探頭而言，要求其準確度要到達 1mm，而且具有較強的超聲波輻射。利用通例雙壓電芯片組件振動器的彎曲振動，在頻率高于 70kHz的環境下，是不大概到達此目標。以是，在高頻率探測中，必須利用垂直振動模式的壓電陶瓷。壓電陶瓷的聲阻抗與氛圍的立室就顯得非常緊張，它的聲阻抗為2.610⁷kg/m²s,而氛圍的聲阻抗為4.310²kg/m²s。5個冪的差別會導致在壓電陶瓷震驚輻射外貌上的大量喪失。負載壓電陶瓷，它可以使超聲波探頭在高達數百kHz頻率的環境下，仍可以大概正常事情。

壓電型超聲波探頭的事情原理：它是借助于壓電晶體的諧振來事情的，即陶瓷的壓電效應。超聲波探頭有兩塊壓電晶片和一塊共振板，給它的兩級加上脈沖信號，當其頻率即是晶片固有頻率的時間，壓電晶片就會產生共振，并動員共振板一起振動，從而產生超聲波。反之，要是電極間未加電壓，則當共振板吸收到回波信號時。將克制兩片電晶片振動，從而將機器能轉換為電能，此時的探頭就成了超聲波吸收器。

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