導(dǎo)致超聲波液位計(jì)測量不準(zhǔn)的因素
發(fā)布時(shí)間： 2009-02-26 點(diǎn)擊次數(shù)： 4897次
超聲波液位計(jì)是一系列非接觸，高可靠、低價(jià)格、免維護(hù)的物位儀，它*解決了由壓力變送器、電容式浮子式等測量方式帶來的纏繞、泄露、接觸介質(zhì)、昂貴的維護(hù)等麻煩，它不必要接觸工業(yè)介質(zhì)就滿足大多數(shù)密閉／敞開容器里的物位測量要求。
今天，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波物位測量儀器可以測量幾厘米到幾十厘米的物位范圍，在諸多惡劣條件下表現(xiàn)出非凡的能力。
超聲波液位計(jì)測量的內(nèi)在原理是非常簡單的，超聲波探頭位于容器的頂部，發(fā)射脈沖波達(dá)到被測介質(zhì)表面，同時(shí)接收由被測物表面反射回來的回波，由發(fā)射波和回波的時(shí)間差，也就是聲波在空間中的往返穿行時(shí)間來測出探頭距被測介質(zhì)表面的距離。
速度的影響：
超聲波液位計(jì)在工業(yè)應(yīng)用中的頻率為5KHZ-5MHZ，在物位測量技術(shù)方面為5HZ-40HZ，超聲波探頭到介質(zhì)表面距離的計(jì)算公式如下：
D=t1×C/2
D：探頭到介質(zhì)表面的距離
t1：聲波的傳播時(shí)間
C：波的傳播速率
由此可知，除了聲波的傳播時(shí)間的測量準(zhǔn)確性，聲波的傳播速度起著決定性的作用。
聲速的變化取決于傳播媒介的不同。在實(shí)際應(yīng)用中，多種因素影響著傳播媒介及聲速。今天，為了獲得更加準(zhǔn)確的測量結(jié)果，超聲波物位儀表可以由程度設(shè)定不同媒介的聲速。
溫度的影響：
溫度的變化影響著聲速的變化，在正常環(huán)境中溫度的變化帶給聲速的變化為0.17%℃。在實(shí)際測量中，多種自然因素會導(dǎo)致誤差，而百特先進(jìn)的測量系統(tǒng)，包括了溫度傳感器和軟件功能，可以對溫度的影響進(jìn)行自動補(bǔ)償。在實(shí)際應(yīng)用中，由于探頭周圍環(huán)境，超聲波傳播媒介的溫度以及被測介質(zhì)的溫度不盡相同。測量系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求選擇與探頭結(jié)合的內(nèi)置溫度傳感器與探頭分離的外置溫度傳感器。更為的測量系統(tǒng)，可以在距探頭的特定位置放置回波反射參照物，產(chǎn)生參考回波，以對溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償。這種方法的有效性取決于回波反射參照物的放置程度。
壓力的影響:
壓力的變化造成的溫度變化之間的關(guān)系：LnT1/T2=1.4LnP1/P2
雖然壓力的變化影響著探頭的工作狀態(tài),但壓力的變化不直接產(chǎn)生聲速的變化.由于壓力和溫度之間的關(guān)系:T=KP（K為常數(shù)）,所以壓力的變化影響著溫度的變化,進(jìn)而影響聲速的變化.
聲波的發(fā)射與傳播:
探頭的內(nèi)部有一個(gè)或多個(gè)壓電陶瓷晶體,用于聲波信號的產(chǎn)生和接收,當(dāng)壓電陶瓷晶體獲得電信號時(shí)產(chǎn)生微小機(jī)械振動發(fā)出聲波。同理,回波使壓電陶瓷晶體產(chǎn)生微小機(jī)械振動發(fā)出電磁信號,實(shí)際的方法是一個(gè)探頭扮演著發(fā)射與接收的雙重角色。
當(dāng)壓電陶瓷晶體獲得電脈沖激勵(lì)時(shí)，將產(chǎn)生一段時(shí)間的共鳴，zui初的共鳴振幅很大，隨著探頭震動能量的減弱，振幅將趨于零。在共鳴期間內(nèi)，共鳴覆蓋了回波，使得探頭不準(zhǔn)確判定回波，這段時(shí)間為幾毫秒，相對應(yīng)的距離范圍成為：“盲區(qū)”。10mS相對盲區(qū)`1.7m。
為了確保發(fā)射波與回波時(shí)間差的準(zhǔn)確性，回波信號必須有足夠的強(qiáng)度以產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化為電脈沖，回波信號的強(qiáng)度取決于發(fā)射信號的強(qiáng)度，傳播介質(zhì)的特性，傳播的距離和被測介質(zhì)反映面的特性。
強(qiáng)度的衰減
聲波傳播過程中強(qiáng)度的減弱是由于空氣對它的吸收，這是由于空氣的粘性和熱傳導(dǎo)以及空氣分子的行為特性決定的。
粉塵的影響
粉塵環(huán)境對聲速的影響非常小，但對超聲波的衰減很明顯，是阻礙超聲波方案實(shí)施的主要因素。實(shí)際應(yīng)用中，低頻率并帶有特殊泡沫塑料表面的探頭在粉塵環(huán)境中的使用方案是非常成功的。
氣流的影響
在開放環(huán)境下，空氣作為超聲波的載體，橫向的空氣氣流將使得聲波的傳播路徑彎曲變長，實(shí)際中的影響并不大。
被測介質(zhì)表面的影響
超聲波液位計(jì)回波強(qiáng)度比率取決于被測介質(zhì)的特性，所有的介質(zhì)對超聲波都是部分的反射，部分的吸收以及部分的傳輸。濃密的介質(zhì)，會產(chǎn)生很強(qiáng)的回波，反之成立。實(shí)際測量中，液體界面的回波遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于固體。回波在固定顆粒表面產(chǎn)生時(shí)，其角度方向不同，相互有著時(shí)間差，造成相位不同從而減少直接反射回探頭的回波強(qiáng)度。
從原理上看，影響測量的因素很多，很多廠家的超聲波物位儀已經(jīng)有了溫度補(bǔ)償，回波跟蹤識別等軟件功能，使測量儀成為zui成功的工業(yè)測量解決方案之一，包括液體料位、固體料位、各種倉料、明渠流量等，已成為現(xiàn)今接受的非接觸式測量技術(shù)。
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