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上海席肯電子科技有限公司作者
一體式超聲波液位計/超聲波物位計的發(fā)展歷程
20世紀(jì)60年代，超聲波液（物）位計被用于物位測量，zui初只能測量3-4米的短量程液位，隨后發(fā)展到固體料位。今天，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波液位計/超聲波料位計測量儀器可以測量幾厘米到幾十米的物位范圍，在諸多惡劣的條件下表現(xiàn)出非凡的能力。
超聲波液位計測量的內(nèi)在原理非常簡單的。超聲波探頭位于容器的頂部，發(fā)射脈沖波達(dá)到被測介質(zhì)表面，同時接受由被測物表面反射回來的回波，由發(fā)射波和回波的時間差——也就是聲波在空間中的往返穿行時間來計算出探頭距離被測介質(zhì)表面的距離。
超聲波液位計/超聲波料位計中的聲波與聲速的關(guān)系及對其產(chǎn)生的影響
一般意義的“聲波”是指可以被我們的聽覺器官所感受到的頻率，“超聲波”是指超過我們聽覺極限的，高于18kHZ的頻率。實(shí)際“超聲波”在工業(yè)應(yīng)用中的頻率是5kHZ~~5MHZ，在物位測量技術(shù)方面為5kHZ~~40kHZ。聲波產(chǎn)生于振動物體并由空氣分子的正常不規(guī)則運(yùn)動傳播，聲波的傳播需要媒介，zui常見媒介是空氣，但水、金屬、木質(zhì)和橡膠等等多種物質(zhì)都可作為聲波的傳播媒介。
超聲波探頭到介質(zhì)表面距離的計算是根據(jù)超聲波的傳播時間，即聲波從探頭發(fā)出到介質(zhì)表面，再從介質(zhì)表面返回探頭所需時間，計算公式如下：
D= tf·c/2
D=探頭到介質(zhì)表面距離
Tf=聲波的傳播時間
C=聲波的傳播速率
由此可知，除了聲波的傳播時間的測量準(zhǔn)確性，聲波的傳播速度起著決定性的因素。
下表列出了聲波在不同氣體介質(zhì)中，不同溫度下的速率。
| 氣體介質(zhì) | 0℃ | 20℃ | 50℃ | 75℃ |
| 空氣（N2，O2，Ar） | 331 | 343 | 360 | 374 |
| 氨（NH3） | 416 | 430 | 453 | 470 |
| 二氧化碳（CO2） | 259 | 268 | 281 | 292 |
| 乙烯（C2H4） | 324 | 336 | 353 | 366 |
| 氦（He） | 970 | 1005 | 1055 | 1096 |
| 甲烷（CH4） | 430 | 445 | 467 | 484 |
| 氮（N2） | 336 | 349 | 366 | 380 |
| 氧（O2） | 315 | 326 | 342 | 355 |
| 甲苯（C7H8） | 179185 | 185 | 194 | 202 |
聲速的變化取決于傳播媒介的不同，在實(shí)際應(yīng)用中，多種因素影響著傳播媒介及聲速。今天，為了獲得更加的測量結(jié)果，超聲波物位儀表可以由程序設(shè)定不同媒介的聲速。
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