淺析影響超聲波液位計(jì)測量精度的因素
超聲波液位計(jì)是一款適用于各種槽池的連續(xù)性液位測量儀表,應(yīng)用頗為廣泛。但在實(shí)際應(yīng)用中,受各種因素的干擾,有時會出現(xiàn)測量不準(zhǔn)的情況。為更好地進(jìn)行液位測量,本文擬淺析影響超聲波液位計(jì)測量精度的因素,希望對用戶有所幫助。
根據(jù)超聲波液位計(jì)的工作原理,超聲波液位計(jì)是由超聲換能器(探頭)發(fā)出高頻超聲波脈沖,超聲脈沖遇到被測液位表面時,該脈沖便被反射回來,部分反射回波被換能器重新接收,轉(zhuǎn)換成電信號。因此可見,儀表的測量環(huán)境和儀表電路的聲電轉(zhuǎn)換能力都會對超聲波的測量精度造成影響。
超聲波脈沖以聲波速度傳播,超聲波脈沖從發(fā)出到接收所需時間間隔與換能器到被測介質(zhì)表面的距離成正比。此距離值S與聲速C和傳輸時間T之間的關(guān)系,用公式表示:S=C×T/2。根據(jù)超聲波的聲波傳輸特性,超聲液位計(jì)應(yīng)用的理想工況為平靜的液體表面,如果液面起伏不定或者呈波浪狀,超聲波探測對于實(shí)際液位的測量就會出現(xiàn)誤差,這就需要內(nèi)部電路對測量信號進(jìn)行算法優(yōu)化,以反饋真實(shí)的液位。
根據(jù)上述原理,在實(shí)際應(yīng)用中,影響超聲波液位計(jì)測量精度的影響因素主要有:
一、液面波動較大的工況
在一些帶攪拌或者較為動態(tài)的液位環(huán)境中,由于液位水平呈動態(tài)起伏和不確定性變化,會導(dǎo)致超聲波液位計(jì)的測量精度大大降低。為此,要實(shí)現(xiàn)精確測量,則需要在硬件和軟件上對儀表的魯棒性(魯棒性大致相當(dāng)于穩(wěn)定性)進(jìn)行提高。
1.在硬件方面,采取高效嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男盘枮V波電路來過濾掉測量時超聲波信號接觸復(fù)雜的液體表面而產(chǎn)生的次波雜波。
2.在軟件方面,加入延時平均算法能夠使儀表更好地適應(yīng)復(fù)雜且動態(tài)變化的工況。
二、錯誤的儀表安裝方式
安裝方式不正確,易致測量精度下降。如圖所示,由于在安裝時,超聲波換能器的方向沒有與液面保持垂直,會導(dǎo)致測量距離大于液位的實(shí)際距離。
三、溫度傳感器
眾所周知,聲波在空氣介質(zhì)中的傳播速度會受到溫度的影響。而超聲波作為聲波的一種,其傳播速度也同樣受溫度的影響。所以在設(shè)計(jì)超聲波換能器的時候,通常會在探頭里面嵌入一個溫度傳感器,從而對環(huán)境的溫度進(jìn)行監(jiān)控,并在算法上對超聲波的聲速作補(bǔ)償。
由于溫度傳感器作為探頭的一部分被保護(hù)材料密閉的封裝在探頭里,受這種結(jié)構(gòu)以及保護(hù)材料(這類材料多為質(zhì)量大、導(dǎo)熱性低的材質(zhì))的限制,可能導(dǎo)致探頭的溫度無法實(shí)時地跟隨環(huán)境溫度的變化而變化。比如,將超聲波液位計(jì)安裝于無遮擋的戶外,太陽光的照射會使探頭持續(xù)升溫,而環(huán)境溫度并不會像探頭一般持續(xù)升溫,最終探頭里的傳感器所測溫度與環(huán)境的溫度會有較大差別,從而使測量精度受到影響。
計(jì)為超聲波液位計(jì)應(yīng)用現(xiàn)場
四、環(huán)境因素
在環(huán)境因素中,除了第三點(diǎn)所說的溫度因素的影響,空氣濕度、氣壓、氣流、不同的氣體介質(zhì)這些因素也會對聲波傳播速度有所影響,從而降低測量精度。
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