一种新型超声波液位测量方法及系统

　　一、前言

　　超声波测位技术是近年来涌现出的许多测位新技术之一。由于它具有不接触被测介质、结构简单、可靠性能高、使用寿命长、价格便宜、安装维护较为方便等优异特性，受到了越来越广泛的应用。

　　超声液位测量的方法很多，如脉冲回波法、共振法、频差法以及声衰减法等。其中应用最广泛的是脉冲回波法。它的基本工作原理是:超声换能器由脉冲信号激励发出超声波，声波在介质中传播到达液面时，经液面反射形成反射波，反射波再经介质传播返回到换能器，换能器把声信号转换成电信号。由二次仪表测出超声波从发射到接收所需的时间，再根据介质中超声波传播速度和换能器的安装高度，就可计算液位高度。从图1可以看出，其液位高度:

　　(1)式中C为超声波在介质中的传播速度，t为测得的往返传播时间:

　　现有超声波液位计一般都以气体作为导声介质，这对于气体成分不确定的易挥发性产品(如石油产品等)，声速的测量和修正很覆杂，其引起的误差是很大的。另外，它对高温、高压等密闭容器无法使用。

　　将换能器安装于容器底部外壁，采用待测液体作为导声介质，能有效的避免上述情况的出现’。但是对容器壁的修正比较复杂，一般需要预先知道容器底壁的厚度、声传播速度等参数，既给测量带来很大不便;也影响了测量精度。可见，现有超声液位测量方法不能同时实现测量的精确性、使用的方便性、适用的广泛性，开发一种新型超声液位计具有很大的实用价值。

　　二.新型测且方法的测最原理

　　新型液位测量方法的测量原理如图2所示，将谐振频率不同的两个换能器平行安装于待测容器的底部，一个换能器用于测量从容器底部到液一气分界的距离H₁，另一个用于测量容器底壁的厚度H₂。因为超声波在介质中传播时，其信号衰减与频率成正比，即频率越低，信号衰减越小，频率越高，信号衰减越快，故用低频换能器来测量H₁：

　　(2)式中:Cs超声波在容器底壁中的传播速度

　　ts超声波在容器底壁中的往返传播时间

　　Cw超声波在介质中传播速度

　　t_u超声波在介质中的往返传播时间因为高频超声换能器的测量育区很小，故用高频换能器长测量H₂.

　　由(5)式可以看出，只要精确地测量两个换能器超声波的往返传播时间，根据待测液体介质中超声波传播速度、就可计算出容器中的液位，亦即测量不受以体容器的底板厚度以及沉积污物等的影响，也不需要列容器底壁和沉积污物作任何补偿。