超声波物位传感器的应用与原理

超声波物位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。如果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。单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器，而双换能器的传感器发射和接收各由一个换能器担任。

图5-7给出了几种超声物位传感器的结构原理示意图。超声波发射和接收换能器可设置在液体介质中，让超声波在液体介质中传播，如图5-7a所示。由于超声波在液体中衰减比较小，所以即使发射的超声脉冲幅度较小也可以传播。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，如图5-7b所示。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。

图5-7 几种超声物位传感器的结构原理示意图

a）超声波在液体中传播 b）超声波在空气中传播

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为

式中 h——换能器距液面的距离；(www.xing528.com)

c——超声波在介质中传播的速度。

对于图5-7所示双换能器，超声波从发射到接收经过的路程为2s，而s=ct/2，因此液位高度为

式中 s——超声波从反射点到换能器的距离；

a——两换能器间距的一半。

从以上公式中可以看出，只要测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔，便可以求得待测的物位。

超声物位传感器具有精度高和使用寿命长的特点，但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。