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影響超聲液位計精度的主要因素
點擊次數(shù)：1540 更新時間：2021-06-24
超聲波液位計一般采用陶瓷超聲波換能器與收發(fā)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?shù)奖粶y液體表面。超聲波通過透射介質(zhì)從探頭發(fā)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?shù)交夭ㄋ枰臅r間。根據(jù)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(zhuǎn)換為電信號。因此，測量環(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)射和接收的時間間隔與換能器與被測介質(zhì)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(guān)系可以用公式表示:S=CxT/2。根據(jù)超聲波傳播的特點，超聲波液位計應(yīng)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(xiàn)誤差，這就需要內(nèi)部電路對測量信號算法進行優(yōu)化，以反饋實際液位。
一般來說，在實際應(yīng)用中，影響超聲液位計測量精度的主要因素如下:
1.復(fù)雜工作條件:物料液位測量采用攪拌或動態(tài)液位環(huán)境
在一些有攪拌或更動態(tài)的液位環(huán)境中(如液體液位測量)，由于液位的動態(tài)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(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)雜的動態(tài)變化條件。同時，在硬件上采用高效、嚴謹?shù)男盘枮V波電路，濾除測量過程中超聲信號接觸復(fù)雜液體表面所產(chǎn)生的二次雜波。
2.錯誤的儀器安裝
不正確的安裝可能會導(dǎo)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(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)計超聲換能器時，探頭中嵌入溫度傳感器，實現(xiàn)對環(huán)境溫度的監(jiān)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(diào)查這個結(jié)構(gòu)和保護材料(這類材料質(zhì)量更大,低導(dǎo)熱系數(shù)的材料),可能會導(dǎo)致探頭的溫度不能實時環(huán)境溫度變化和變化后,如超聲波液位計安裝在室外環(huán)境中沒有防曬霜,陽光的照射會使探頭呈上升趨勢，而環(huán)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(huán)境溫差較大，影響測量的準確性。
4.環(huán)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(zhì)都會對聲波的傳播速度產(chǎn)生影響，從而降低測量精度。
