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影響超聲液位計精度的主要因素
點擊次數:211 發布時間:2021-06-24
   超聲波液位計一般采用陶瓷超聲波換能器與收發器集成,聲波的傳輸和接收都是由同一個探頭完成的。探頭將超聲波信號傳輸到被測液體表面。超聲波通過透射介質從探頭發射到被測液體表面,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。計時裝置測量超聲波在被接收之前傳輸到回波所需要的時間。根據聲波在空氣中的傳播速度,可以計算出探頭到液位的距離,得到液位的高度。

                        超聲波液位計

 

  超聲波液位計適用于各種水池。其工作原理是超聲換能器(探頭)發出高頻超聲脈沖。當超聲脈沖遇到被測液位的表面時,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換為電信號。因此,測量環境和儀器電路的聲-電轉換能力將影響超聲波的測量精度。
  超聲脈沖以聲波的速度傳播,超聲脈沖發射和接收的時間間隔與換能器與被測介質表面的距離成正比。距離值S與聲速C和傳播時間T之間的關系可以用公式表示:S=CxT/2。根據超聲波傳播的特點,超聲波液位計應用的理想條件是液體表面平靜。當液位呈波浪形或波狀時,超聲波液位計檢測實際液位時會出現誤差,這就需要內部電路對測量信號算法進行優化,以反饋實際液位。
  一般來說,在實際應用中,影響超聲液位計測量精度的主要因素如下:
  1.復雜工作條件:物料液位測量采用攪拌或動態液位環境
  在一些有攪拌或更動態的液位環境中(如液體液位測量),由于液位的動態波動和不確定性,超聲液位儀的測量精度會大大降低。鑒于此,有必要在硬件和軟件方面提高儀器的魯棒性(大致相當于穩定性)。在軟件方面,加入延遲平均算法可以使儀器更好地適應復雜的動態變化條件。同時,在硬件上采用高效、嚴謹的信號濾波電路,濾除測量過程中超聲信號接觸復雜液體表面所產生的二次雜波。
  2.錯誤的儀器安裝
  不正確的安裝可能會導致測量精度下降。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
  超聲波液位計在空氣介質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,在設計超聲換能器時,探頭中嵌入溫度傳感器,實現對環境溫度的監測和超聲波聲速的算法補償。
  但由于溫度傳感器作為探測器的一部分是密封包裝保護材料在調查這個結構和保護材料(這類材料質量更大,低導熱系數的材料),可能會導致探頭的溫度不能實時環境溫度變化和變化后,如超聲波液位計安裝在室外環境中沒有防曬霜,陽光的照射會使探頭呈上升趨勢,而環境溫度的升高又不會像探頭一樣,探頭傳感器測得的溫度與環境溫差較大,影響測量的準確性。
  4.環境因素
  除了第三點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都會對聲波的傳播速度產生影響,從而降低測量精度。

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