超声波液位计自动校正液位的探讨  十六

3.1.1 测量基本方案

超声液位测量系统一般由三个基本部分组成：传感器即超声波换能器，激励信号发生器，信号处理系统。由激励信号发生器产生的高压脉冲信号激励超声波换能器产生高频的超声波，超声波经媒质传到液面，部分超声能量被反射回接收换能器。

发射信号和回波信号经调理后一同送入信号处理系统中进行采样、测量、计算等处理。

根据传超声媒质的不同，可以分为液介式、气介式和固介式三类。根据所用换能器的工作方式，又可分为自发自收单换能器方式和一发一收双换能器方式。相互组合起来，就得到六种基本方案。

3.1.2 基本测量方案比较

(1) 固介质测量方式的缺点

固介式测量方案是使超声波从探头发出，沿着传声固体传到油气分界面，在分界面处声波能量进入液体中，并在该处产生反射回波。

如果声波由于反射系数太大而不能传播到液体中，那么超声波将沿着传声固体一直传播到固体端面才反射，从而得不到油面回波信号。为做到固液分界面上声反射系数比较小，需要在固体中传播特殊的制导波，固介式超声液位测量原理的另外一个难点是要求超声波不能从传声固体中进入空气中，但能大量进入液体中，由此在气液分界面产生反射效果，这需要传声固体的声阻抗率与液体的声阻抗率相近。而固体密度一般大于液体密度，所以需要采用低速的弯曲波型，以尽量满足固液声阻抗率相等。

而不锈钢之类的传声固体密度大于液体密度，所以固介式测量方案往往使用的是弯曲波。弯曲波是一种有限固体中的制导波，是横波和纵波的组合。

在特定条件下，传声固体中的弯曲波的波速 可以做到比液体中的纵波波速低，以尽量满足式。

而由于固体中的弯曲波产生条件复杂，传播方式也复杂，随传声固体的材质和边界条件变化显著。另外各种波型在传声固体中并存，在尽量突出所需的弯曲波型的同时，无法避免其它波型的传播，这些波型会对液面回波产生强烈干扰，做不到高精度测量。也就是说固介式液位测量的适用范围更严格，反射率难以提高。这也是固介式超声液位测量使用受限制的原因。

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