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影響超聲液位計(jì)精度的主要因素
點(diǎn)擊次數(shù)：1468 更新時(shí)間：2021-06-24
超聲波液位計(jì)一般采用陶瓷超聲波換能器與收發(fā)器集成，聲波的傳輸和接收都是由同一個(gè)探頭完成的。探頭將超聲波信號(hào)傳輸?shù)奖粶y(cè)液體表面。超聲波通過透射介質(zhì)從探頭發(fā)射到被測(cè)液體表面，在液體表面形成反射。反射波沿原路徑傳播到探頭，并被探頭吸收。計(jì)時(shí)裝置測(cè)量超聲波在被接收之前傳輸?shù)交夭ㄋ枰臅r(shí)間。根據(jù)聲波在空氣中的傳播速度，可以計(jì)算出探頭到液位的距離，得到液位的高度。
超聲波液位計(jì)適用于各種水池。其工作原理是超聲換能器(探頭)發(fā)出高頻超聲脈沖。當(dāng)超聲脈沖遇到被測(cè)液位的表面時(shí)，脈沖將被反射回來，部分反射的回波將被換能器重新接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。因此，測(cè)量環(huán)境和儀器電路的聲-電轉(zhuǎn)換能力將影響超聲波的測(cè)量精度。
超聲脈沖以聲波的速度傳播，超聲脈沖發(fā)射和接收的時(shí)間間隔與換能器與被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比。距離值S與聲速C和傳播時(shí)間T之間的關(guān)系可以用公式表示:S=CxT/2。根據(jù)超聲波傳播的特點(diǎn)，超聲波液位計(jì)應(yīng)用的理想條件是液體表面平靜。當(dāng)液位呈波浪形或波狀時(shí)，超聲波液位計(jì)檢測(cè)實(shí)際液位時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差，這就需要內(nèi)部電路對(duì)測(cè)量信號(hào)算法進(jìn)行優(yōu)化，以反饋實(shí)際液位。
一般來說，在實(shí)際應(yīng)用中，影響超聲液位計(jì)測(cè)量精度的主要因素如下:
1.復(fù)雜工作條件:物料液位測(cè)量采用攪拌或動(dòng)態(tài)液位環(huán)境
在一些有攪拌或更動(dòng)態(tài)的液位環(huán)境中(如液體液位測(cè)量)，由于液位的動(dòng)態(tài)波動(dòng)和不確定性，超聲液位儀的測(cè)量精度會(huì)大大降低。鑒于此，有必要在硬件和軟件方面提高儀器的魯棒性(大致相當(dāng)于穩(wěn)定性)。在軟件方面，加入延遲平均算法可以使儀器更好地適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化條件。同時(shí)，在硬件上采用高效、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男盘?hào)濾波電路，濾除測(cè)量過程中超聲信號(hào)接觸復(fù)雜液體表面所產(chǎn)生的二次雜波。
2.錯(cuò)誤的儀器安裝
不正確的安裝可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度下降。例如，超聲波換能器的方向不垂直于液位。如下圖所示:
3.溫度傳感器
超聲波液位計(jì)在空氣介質(zhì)中的傳播速度受溫度的影響。超聲波作為聲波的一種，其傳播速度也受溫度的影響。因此，在設(shè)計(jì)超聲換能器時(shí)，探頭中嵌入溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)和超聲波聲速的算法補(bǔ)償。
但由于溫度傳感器作為探測(cè)器的一部分是密封包裝保護(hù)材料在調(diào)查這個(gè)結(jié)構(gòu)和保護(hù)材料(這類材料質(zhì)量更大,低導(dǎo)熱系數(shù)的材料),可能會(huì)導(dǎo)致探頭的溫度不能實(shí)時(shí)環(huán)境溫度變化和變化后,如超聲波液位計(jì)安裝在室外環(huán)境中沒有防曬霜,陽(yáng)光的照射會(huì)使探頭呈上升趨勢(shì)，而環(huán)境溫度的升高又不會(huì)像探頭一樣，探頭傳感器測(cè)得的溫度與環(huán)境溫差較大，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。
4.環(huán)境因素
除了第三點(diǎn)提到的溫度的影響外，空氣濕度、空氣壓力、空氣流量以及不同的氣體介質(zhì)都會(huì)對(duì)聲波的傳播速度產(chǎn)生影響，從而降低測(cè)量精度。
