超聲波水位計測量原理

超聲(sheng)(sheng)波在流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)中(zhong)傳(chuan)播(bo)(bo)時(shi)就載上流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)的(de)(de)信息。因此通(tong)過接收到(dao)(dao)的(de)(de)超聲(sheng)(sheng)波就可(ke)以檢測(ce)出流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)，從而(er)(er)(er)換算成流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量。超聲(sheng)(sheng)脈(mo)沖(chong)穿過管道(dao)(dao)從一個傳(chuan)感器到(dao)(dao)達另一個傳(chuan)感器，就像一個渡(du)(du)船的(de)(de)船夫在橫渡(du)(du)一條河。當氣體(ti)不(bu)(bu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)時(shi)，聲(sheng)(sheng)脈(mo)沖(chong)以相(xiang)同的(de)(de)速(su)(su)度(du)（聲(sheng)(sheng)速(su)(su)， C）在兩個方向上傳(chuan)播(bo)(bo)。如果管道(dao)(dao)中(zhong)的(de)(de)氣體(ti)有一定流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su) V（該(gai)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)不(bu)(bu)等(deng)于零），則順(shun)著(zhu)(zhu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)方向的(de)(de)聲(sheng)(sheng)脈(mo)沖(chong)會傳(chuan)輸得快(kuai)些，而(er)(er)(er)逆(ni)著(zhu)(zhu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)方向的(de)(de)聲(sheng)(sheng)脈(mo)沖(chong)會傳(chuan)輸得慢些。這(zhe)(zhe)樣，順(shun)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)傳(chuan)輸時(shi)間 tD會短些，而(er)(er)(er)逆(ni)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)傳(chuan)輸時(shi)間 tU會長(chang)些。這(zhe)(zhe)里所說的(de)(de)長(chang)些或短些都是與氣體(ti)不(bu)(bu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)時(shi)的(de)(de)傳(chuan)輸時(shi)間相(xiang)比(bi)而(er)(er)(er)言；根據(ju)檢測(ce)的(de)(de)方式，可(ke)分為傳(chuan)播(bo)(bo)速(su)(su)度(du)差(cha)法(fa)、多普(pu)勒法(fa)、波束偏(pian)移法(fa)、噪聲(sheng)(sheng)法(fa)及相(xiang)關(guan)法(fa)等(deng)不(bu)(bu)同類型的(de)(de)超聲(sheng)(sheng)波流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計。起聲(sheng)(sheng)波流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計是近十幾年(nian)來隨著(zhu)(zhu)集成電路技術迅速(su)(su)發展才(cai)開始應用(yong)的(de)(de)一種。

根據對(dui)信號(hao)檢測(ce)(ce)的原(yuan)理，目前超聲波流量(liang)計(ji)大致可(ke)分傳播(bo)速度差法(fa)(fa)(fa)(fa) (包括：直接時(shi)差法(fa)(fa)(fa)(fa)、時(shi)差法(fa)(fa)(fa)(fa)、相(xiang)位(wei)差法(fa)(fa)(fa)(fa)、頻差法(fa)(fa)(fa)(fa) )波束(shu)偏移法(fa)(fa)(fa)(fa)、多普勒法(fa)(fa)(fa)(fa)、相(xiang)關(guan)法(fa)(fa)(fa)(fa)、空(kong)間濾波法(fa)(fa)(fa)(fa)及噪聲法(fa)(fa)(fa)(fa)等類(lei)型。其中(zhong)以噪聲法(fa)(fa)(fa)(fa)原(yuan)理及結構最簡單，便于測(ce)(ce)量(liang)和(he)攜帶，價(jia)格(ge)便宜但(dan)準確度較(jiao)低(di)，適(shi)于在流量(liang)測(ce)(ce)量(liang)準確度要求不高的場合使用。

由于(yu)直接(jie)時(shi)差(cha)(cha)(cha)(cha)法(fa)(fa)(fa)、時(shi)差(cha)(cha)(cha)(cha)法(fa)(fa)(fa)、頻差(cha)(cha)(cha)(cha)法(fa)(fa)(fa)和相(xiang)位差(cha)(cha)(cha)(cha)法(fa)(fa)(fa)的基本原理都是通過(guo)(guo)測量超聲波脈沖順流和逆(ni)流傳報時(shi)速(su)度之差(cha)(cha)(cha)(cha)來反映(ying)流體的流速(su)的，故又(you)統稱(cheng)為傳播速(su)度差(cha)(cha)(cha)(cha)法(fa)(fa)(fa)。其中頻差(cha)(cha)(cha)(cha)法(fa)(fa)(fa)和時(shi)差(cha)(cha)(cha)(cha)法(fa)(fa)(fa)克服(fu)了聲速(su)隨流體溫(wen)度變化(hua)帶來的誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)，準(zhun)確度較高，所以被廣泛采用(yong)。按(an)照換能(neng)器的配置方法(fa)(fa)(fa)不同(tong)，傳播速(su)度差(cha)(cha)(cha)(cha)撥又(you)分為： Z法(fa)(fa)(fa) (透過(guo)(guo)法(fa)(fa)(fa) )、 V法(fa)(fa)(fa) (反射法(fa)(fa)(fa) )、 X法(fa)(fa)(fa) (交(jiao)叉法(fa)(fa)(fa) )等(deng)。

 波束偏(pian)移法是利用(yong)超聲波束在流體(ti)中的傳播方(fang)向隨(sui)流體(ti)流速(su)(su)變化而產生偏(pian)移來(lai)反映流體(ti)流速(su)(su)的，低(di)(di)流速(su)(su)時，靈(ling)敏(min)度(du)很低(di)(di)適(shi)用(yong)性不大．

 多(duo)普勒(le)(le)法是利用(yong)聲學多(duo)普勒(le)(le)原理，通過(guo)測(ce)量(liang)不均勻流體(ti)中散(san)(san)射體(ti)散(san)(san)射的(de)超聲波多(duo)普勒(le)(le)頻移(yi)來確(que)定(ding)流體(ti)流量(liang)的(de)，適用(yong)于含(han)懸浮顆粒、氣泡(pao)等流體(ti)流量(liang)測(ce)量(liang)。

 相關(guan)法是利用相關(guan)技術(shu)測(ce)(ce)量(liang)(liang)流(liu)量(liang)(liang)，原理(li)上，此法的(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)準確度(du)與流(liu)體中的(de)(de)聲速無關(guan)，因而與流(liu)體溫(wen)度(du)，濃(nong)度(du)等無關(guan)，因而測(ce)(ce)量(liang)(liang)準確度(du)高，適用范圍廣。但相關(guan)器價格貴，線路比(bi)較復(fu)雜。在微處理(li)機普及應用后，這(zhe)個缺點可以克(ke)服。

 噪(zao)聲法 (聽(ting)音法 )是利(li)用管道內流(liu)(liu)體流(liu)(liu)動時產生的噪(zao)聲與流(liu)(liu)體的流(liu)(liu)速(su)有(you)關的原理(li)，通過檢(jian)測噪(zao)聲表示流(liu)(liu)速(su)或流(liu)(liu)量值。其方法簡(jian)單(dan)，設備價格便宜，但準(zhun)確度低。

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