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            高精度超聲波液位計常見的誤差以及校準的方式

            發布時間:2021-11-02瀏覽:290次

               隨著工業自動化程度的快速提高,液位測量作為工業生產中液位測量的一個重要測試和控制手段,已被廣泛應用于各種容器、管道內液位測量及水庫、江河、水渠的水位測量。無論是應用于哪種場所,都對高精度超聲波液位計的測量精度提出了越來越高的要求。在液位測量中,超聲波液位計的使用非常普遍。但由于超聲波液位計的測量精度極易受到溫度、濕度、粉塵、被測量液體的化學成分等多方面因素的影響,導致其測量精度不高。本文對超聲波液位計測量中可能出現的一些誤差進行了分析,并提出了相應的補償措施。

              一、超聲波液位計的工作原理
              超聲波液位計一般采用收發合一的陶瓷超聲波換能器,聲波的發射和接收都由同一個探頭完成。探頭向被測液面發射超聲波信號,超聲波由探頭經傳播介質傳播至被測液面,在液面上形成反射,反射波沿原路徑傳播至探頭,被探頭吸收。計時單元測量超聲波從發射到回波被接收所用的時間,根據聲波在空氣中的傳播速度,可以計算出探頭至液面的距離,從而得出液面的高度。
              二、超聲波液位計常見誤差及校準方法
              從距離值S與聲速C和傳輸時間T之間的關系公式S=C×T/2可知,超聲波的傳播時間是液位計測量的中間結果,利用超聲波液位計測量液位,還需要知道超聲波在空氣中的傳播速度,因此對超聲波傳播速度取值精度將極大地影響超聲波液位計的測量精度。
              •溫度補償
              一般情況下,溫度是影響聲速的主要因素??赏ㄟ^在超聲波液位計上安裝溫度傳感器實時測量溫度,并利用溫度與聲速的關系,換算出聲速值。但是,實際上聲速又不僅僅受溫度影響,還與氣體密度、氣壓、濕度、空氣中的懸浮物等諸多因素有關。因此,在實際應用中,僅利用測量溫度的方法,對聲速進行標定還有諸多不足,且在溫度測量過程中也會存在一定的誤差,因此溫度補償方法只適用一般應用,而無法滿足高精度測量。
              •實時聲速補償
              實踐證明,由于受測量環境的復雜性和測量方法等因素的影響,無論是利用何種經驗公式和經驗數據對聲速進行補償,都需要引進新的誤差。因此,利用實測聲速的方法進行聲速補償被認為是補償方法。
              實測聲速補償原理圖
              如圖所示,在發射探頭前端安裝一個擋板,擋板與探頭形成一個距離固定的聲程區間,該結構稱之為聲程架。當探頭發射聲波時,該擋板能將一部分聲波反射回探頭。探頭接收到反射波后,計算從發射到接收的時間,并計算出聲速。
              利用實測聲速方法進行補償,由于補償聲速與測量聲波傳播路徑所處的環境極為相似,所受的環境影響也基本一致,其聲速通常比較接近,所以這種方法是目前使用聲速修正方式。但是這種方法的使用中,聲程架應選用低溫度膨脹系數的材料,以免環境溫度變化聲程架發生熱脹冷縮,使聲程距離發生改變,影響實測聲速精度。

             

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