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技術文章

如何解決超聲波液位計的聲速精度誤差?

時間:2022-10-10 瀏覽次數:409

  在液位測量中,超聲波液位計的使用非常普遍。但由于超聲波的測量精度很容易受到溫度、濕度、粉塵、被測量液體的化學成分等多方面因素的影響,導致其測量精度不高。本文對該液位計測量中可能出現的一些誤差進行了分析,并提出了相應的補償措施。
  
  超聲波液位計參考聲速精度誤差
  
  從距離值S與聲速C和傳輸時間T之間的關系公式S=C×T/2可知,利用液位計測量液位,還需要知道超聲波在空氣中的傳播速度,因此超聲波傳播速度取值精度將影響液位計的測量精度。
  
  一、溫度補償
  
  一般情況下,溫度是影響聲速的主要因素。可通過在超聲波液位計上安裝溫度傳感器實時測量溫度,并利用溫度與聲速的關系,換算出聲速值。但是,實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。
  
  因此,在實際應用中,僅利用測量溫度的方法,對聲速進行標定還有諸多不足,且在溫度測量過程中也會存在一定的誤差,因此溫度補償方法只適用一般應用,而無法滿足高精度測量。
  
  二、實時聲速補償
  
  實踐證明,由于受測量環境的復雜性和測量方法等因素的影響,無論是利用何種經驗公式和經驗數據對聲速進行補償,都需要引進新的誤差。因此,利用實測聲速的方法進行聲速補償被認為是可靠的補償方法。
  
  在發射探頭前端安裝一個擋板,擋板與探頭形成一個距離固定的聲程區間,該結構稱之為聲程架。當探頭發射聲波時,該擋板能將一部分聲波反射回探頭。探頭接收到反射波后,計算從發射到接收的時間,并計算出聲速。
  
  利用實測聲速方法進行補償,由于補償聲速與測量聲波傳播路徑所處的環境非常相似,所受的環境影響也基本一致,其聲速通常比較接近,所以這種方法是目前使用精確的聲速修正方式。
  
  但是這種方法的使用中,聲程架應選用低溫度膨脹系數的材料,以免環境溫度變化聲程架發生熱脹冷縮,使聲程距離發生改變,影響實測聲速精度。
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