超聲波液位計(jì)測(cè)量技術(shù)以超聲波作為信息采集手段。超聲波作為一門學(xué)科已有幾十年的歷史，其應(yīng)用范圍很廣泛。超聲波不僅用來(lái)進(jìn)行各種參數(shù)的檢測(cè)，而且廣泛應(yīng)用于加工和處理技術(shù)。超聲波用于液位檢測(cè)時(shí)，主要利用了它的以下性質(zhì)。（1）和其他聲波一樣，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，并有各自的傳播速度。例如，在常溫下空氣中的聲速約為334m/s，在水中的聲速約為1440m/s，而在鋼鐵中約為5000m/s。聲速不僅與介質(zhì)有關(guān)，還與介質(zhì)所處的狀態(tài)（如溫度）有關(guān)。超聲波在空氣中傳播是由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)張的彈性模量，所以空氣分子受到振子振動(dòng)面交替的壓縮與擴(kuò)張時(shí)，氣體分子具有恢復(fù)力，即氣體反抗壓縮變化力的作用而實(shí)現(xiàn)彈性波德傳播。因此，聲波在大氣中的傳播速度受氣體密度、濕度、分子成分等因素的影響。

其中，Y是氣體定壓熱容和定容熱容的比值，對(duì)空氣是1.40；R是氣體普適常量，M是氣體分子量；這三者對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)都是定值，因此，理想氣體的聲速與絕對(duì)溫度T的平方根成正比，對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)，影響聲速的主要因素是溫度，并可用下式計(jì)算聲速v的近似值。

由式2-2可知，超聲波聲速隨溫度的升高而增大，一般溫度每升高1℃，聲速變化約為0.6m/s。而在許多固體和液體中的聲速一般隨溫度的增高而降低。

（2）聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)被吸收而衰減，氣體吸收最強(qiáng)而衰減最大，液體其次，固體吸收最小而衰減最小。因此，對(duì)于一給定強(qiáng)度的聲波，在氣體中傳播的距離會(huì)明顯比在液體和固體中傳播的距離短。另外，聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)衰減的程度還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高，聲波的衰減也越大，因此，超聲波比其他聲波在傳播時(shí)的衰減更明顯。

（3）聲波傳播時(shí)的方向性隨聲波的頻率的升高而變強(qiáng)，發(fā)射的聲束也越尖銳，超聲波可近似為直線傳播，具有很好的方向性。

（4）當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，因?yàn)閮煞N介質(zhì)密度不同及聲波在其中傳播的速度不同，在分界面上聲波會(huì)產(chǎn)生反射和折射，其反射系數(shù)R為

式中，k、1o分別是反射和入射聲波的聲強(qiáng)；a、β分別是聲波的入射角和反射角；Z1、2分別是兩種介質(zhì)的聲阻抗，其值Z1=P1V1，Z2=p2v2。

聲波垂直入射時(shí)，a=0，β=0；則反射系數(shù)R為

由上式可以看出，Z1與Z2相差越小，R值也越小，說(shuō)明反射越弱，當(dāng)Z1=Z2時(shí)，R=0，說(shuō)明這時(shí)沒有反射，聲波全部透射。當(dāng)反射介質(zhì)聲阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入射介質(zhì)聲阻抗時(shí)，即所謂的硬邊界。這時(shí)，入射波的介質(zhì)速度在碰到分界面時(shí)好像彈性碰撞一樣，變成一個(gè)反向速度，反射波質(zhì)點(diǎn)速度與入射波質(zhì)點(diǎn)速度相位改變180°，反射聲壓與入射聲壓同相位。比如，當(dāng)聲波從水傳播到空氣，在常溫下，它們的聲阻抗約為，代入公式（2-3）可得，R=0.999。這說(shuō)明聲波從液體傳播到氣體或相反的情況下，由于兩種介質(zhì)的聲阻抗相差懸殊，聲波幾乎全部被反射。表2-1給出了幾種常見介質(zhì)的反射系數(shù)。

超聲波液位計(jì)就是利用了上述聲波的這種特性，通過(guò)測(cè)量聲波從發(fā)射至接收到被液面所反射的回波的時(shí)間間隔來(lái)確定液位高度。另外由表2-1可以看出，氣介式測(cè)量環(huán)境最理想，液介式次之。而且對(duì)于超聲波液位計(jì)來(lái)說(shuō)，氣介式測(cè)量更能發(fā)揮非接觸測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，因此，在沒有特定要求時(shí)，超聲波液位計(jì)首選氣介式測(cè)量。

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