隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的快速提高，液位測(cè)量作為工業(yè)生產(chǎn)中液位測(cè)量的一個(gè)重要測(cè)試和控制手段，已被廣泛應(yīng)用于各種容器、管道內(nèi)液位測(cè)量及水庫(kù)、江河、水渠的水位測(cè)量。無(wú)論是應(yīng)用于哪種場(chǎng)所，都對(duì)高精度超聲波液位計(jì)的測(cè)量精度提出了越來(lái)越高的要求。在液位測(cè)量中，超聲波液位計(jì)的使用非常普遍。但由于超聲波液位計(jì)的測(cè)量精度極易受到溫度、濕度、粉塵、被測(cè)量液體的化學(xué)成分等多方面因素的影響，導(dǎo)致其測(cè)量精度不高。本文對(duì)超聲波液位計(jì)測(cè)量中可能出現(xiàn)的一些誤差進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的補(bǔ)償措施。
一、超聲波液位計(jì)的工作原理
超聲波液位計(jì)一般采用收發(fā)合一的陶瓷超聲波換能器，聲波的發(fā)射和接收都由同一個(gè)探頭完成。探頭向被測(cè)液面發(fā)射超聲波信號(hào)，超聲波由探頭經(jīng)傳播介質(zhì)傳播至被測(cè)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(jì)時(shí)單元測(cè)量超聲波從發(fā)射到回波被接收所用的時(shí)間，根據(jù)聲波在空氣中的傳播速度，可以計(jì)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(jì)常見(jiàn)誤差及校準(zhǔn)方法
從距離值S與聲速C和傳輸時(shí)間T之間的關(guān)系公式S=C×T/2可知，超聲波的傳播時(shí)間是液位計(jì)測(cè)量的中間結(jié)果，利用超聲波液位計(jì)測(cè)量液位，還需要知道超聲波在空氣中的傳播速度，因此對(duì)超聲波傳播速度取值精度將極大地影響超聲波液位計(jì)的測(cè)量精度。
•溫度補(bǔ)償
一般情況下，溫度是影響聲速的主要因素?？赏ㄟ^(guò)在超聲波液位計(jì)上安裝溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，并利用溫度與聲速的關(guān)系，換算出聲速值。但是，實(shí)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(guān)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，僅利用測(cè)量溫度的方法，對(duì)聲速進(jìn)行標(biāo)定還有諸多不足，且在溫度測(cè)量過(guò)程中也會(huì)存在一定的誤差，因此溫度補(bǔ)償方法只適用一般應(yīng)用，而無(wú)法滿足高精度測(cè)量。
•實(shí)時(shí)聲速補(bǔ)償
實(shí)踐證明，由于受測(cè)量環(huán)境的復(fù)雜性和測(cè)量方法等因素的影響，無(wú)論是利用何種經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)聲速進(jìn)行補(bǔ)償，都需要引進(jìn)新的誤差。因此，利用實(shí)測(cè)聲速的方法進(jìn)行聲速補(bǔ)償被認(rèn)為是補(bǔ)償方法。
實(shí)測(cè)聲速補(bǔ)償原理圖
如圖所示，在發(fā)射探頭前端安裝一個(gè)擋板，擋板與探頭形成一個(gè)距離固定的聲程區(qū)間，該結(jié)構(gòu)稱之為聲程架。當(dāng)探頭發(fā)射聲波時(shí)，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(jì)算從發(fā)射到接收的時(shí)間，并計(jì)算出聲速。
利用實(shí)測(cè)聲速方法進(jìn)行補(bǔ)償，由于補(bǔ)償聲速與測(cè)量聲波傳播路徑所處的環(huán)境極為相似，所受的環(huán)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(yīng)選用低溫度膨脹系數(shù)的材料，以免環(huán)境溫度變化聲程架發(fā)生熱脹冷縮，使聲程距離發(fā)生改變，影響實(shí)測(cè)聲速精度。
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