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20世紀(jì)60年代,超聲波液(物)位計(jì)被用于物位測(cè)量,zui初只能測(cè)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(jì)/超聲波料位計(jì)測(cè)量?jī)x器可以測(cè)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(jì)測(cè)量的內(nèi)在原理非常簡(jiǎn)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(cè)介質(zhì)表面,同時(shí)接受由被測(cè)物表面反射回來(lái)的回波,由發(fā)射波和回波的時(shí)間差——也就是聲波在空間中的往返穿行時(shí)間來(lái)計(jì)算出探頭距離被測(cè)介質(zhì)表面的距離。
超聲波液位計(jì)/超聲波料位計(jì)中的聲波與聲速的關(guān)系及對(duì)其產(chǎn)生的影響
一般意義的“聲波”是指可以被我們的聽(tīng)覺(jué)器官所感受到的頻率,“超聲波”是指超過(guò)我們聽(tīng)覺(jué)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(cè)量技術(shù)方面為5kHZ~~40kHZ。聲波產(chǎn)生于振動(dòng)物體并由空氣分子的正常不規(guī)則運(yùn)動(dòng)傳播,聲波的傳播需要媒介,zui常見(jiàn)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(jì)算是根據(jù)超聲波的傳播時(shí)間,即聲波從探頭發(fā)出到介質(zhì)表面,再?gòu)慕橘|(zhì)表面返回探頭所需時(shí)間,計(jì)算公式如下:
D=探頭到介質(zhì)表面距離
Tf=聲波的傳播時(shí)間
C=聲波的傳播速率
由此可知,除了聲波的傳播時(shí)間的測(cè)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(cè)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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