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超聲波液位計影響測量的常見因素
2021-01-04
超聲波液位計是一種典型的非接觸式液位測量儀表，它無需接觸介質就滿足大多數敞口容器里的物位測量要求，可以測量幾厘米到幾十米的物位范圍，能夠在較為惡劣的條件下使用。超聲波探頭安裝在被測介質的上方，發射脈沖波到達被測介質表面，同時接收由被測物表面反射回來的回波，由發射波和回波的時間差，即聲波在空間中的往返穿行時間來測出探頭距被測介質表面的距離。本文著重分析下超聲波液位計影響測量的常見因素。
一般來說，超聲波液位計的液位測量受多種因素的影響，比較常見的有聲速、溫度、壓力、氣流、粉塵等，下面分別介紹下：
1．聲速
超聲波液位計的探頭到介質表面距離的計算公式為：S=C×T/2。其中S：探頭到介質表面的距離；t：聲波的傳播時間；C：波的傳播速率。由此可知，除了聲波的傳播時間的測量準確性，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。在實際應用中，多種因素影響著傳播媒介及聲速。為了獲得更加準確的測量結果，超聲波液位測量儀表可以由程序設定不同媒介的聲速。
2．溫度
溫度的變化對聲速的變化有著直接的影響，在正常環境中，溫度的變化帶給聲速的變化為0.17%℃。實際應用中，探頭周圍環境、超聲波傳播媒介的溫度以及被測介質的溫度不盡相同。測量系統應根據實際要求選擇與探頭結合的內置溫度傳感器與探頭分離的外置溫度傳感器。更為精確的測量系統，可以在距探頭的特定位置放置回波反射參照物，產生參考回波，以對溫度影響進行補償。這種方法的有效性取決于回波反射參照物的放置精準程度。
3．壓力
壓力的變化與溫度變化之間的關系為：LnT1/T2=1.4LnP1/P2。盡管壓力的變化會對探頭的工作狀態有影響，但壓力的變化不會直接影響聲速的變化。由于壓力和溫度之間的關系T=KP（K為常數），所以壓力的變化影響著溫度的變化，進而影響聲速的變化。
4．粉塵
粉塵環境對聲速的影響較小，但對超聲波的衰減很明顯，是阻礙超聲波方案實施的主要因素。
5．氣流
理論上講，在開放環境下，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，但實際使用中并無太大影響。
6．聲波的發射與傳播
超聲波液位計探頭的內部有一個或多個壓電陶瓷晶體，用于聲波信號的產生和接收，當壓電陶瓷晶體獲得電信號時產生微小機械振動發出聲波。同理，回波使壓電陶瓷晶體產生微小機械振動發出電磁信號，實際是一個探頭扮演著發射與接收的雙重角色。
當壓電陶瓷晶體獲得電脈沖激勵時，將產生一段時間的共鳴，最初的共鳴振幅很大，隨著探頭振動能量的減弱，振幅將趨于零。在共鳴期間內，共鳴覆蓋了回波，使得探頭不能準確判定回波，這段時間為幾毫秒，相對應的距離范圍成為“盲區”。10mS相對盲區為1.7m。為了確保發射波與回波時間差的準確性，回波信號必須有足夠的強度以產生和轉化為電脈沖，回波信號的強度取決于發射信號的強度，傳播介質的特性，傳播的距離和被測介質反映面的特性。
7．聲波強度的衰減
由于空氣對聲波的吸收，聲波在傳播過程中強度會出現衰減，這是受空氣粘性、熱傳導以及空氣分子的行為特性決定的。
8．被測介質表面的影響
超聲波液位計回波強度比率取決于被測介質的特性，所有的介質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，會產生很強的回波，反之亦然。
一般來說，超聲波液位計的液位測量受多種因素的影響，比較常見的有聲速、溫度、壓力、氣流、粉塵等，下面分別介紹下：
1．聲速
超聲波液位計的探頭到介質表面距離的計算公式為：S=C×T/2。其中S：探頭到介質表面的距離；t：聲波的傳播時間；C：波的傳播速率。由此可知，除了聲波的傳播時間的測量準確性，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。在實際應用中，多種因素影響著傳播媒介及聲速。為了獲得更加準確的測量結果，超聲波液位測量儀表可以由程序設定不同媒介的聲速。
2．溫度
溫度的變化對聲速的變化有著直接的影響，在正常環境中，溫度的變化帶給聲速的變化為0.17%℃。實際應用中，探頭周圍環境、超聲波傳播媒介的溫度以及被測介質的溫度不盡相同。測量系統應根據實際要求選擇與探頭結合的內置溫度傳感器與探頭分離的外置溫度傳感器。更為精確的測量系統，可以在距探頭的特定位置放置回波反射參照物，產生參考回波，以對溫度影響進行補償。這種方法的有效性取決于回波反射參照物的放置精準程度。
3．壓力
壓力的變化與溫度變化之間的關系為：LnT1/T2=1.4LnP1/P2。盡管壓力的變化會對探頭的工作狀態有影響，但壓力的變化不會直接影響聲速的變化。由于壓力和溫度之間的關系T=KP（K為常數），所以壓力的變化影響著溫度的變化，進而影響聲速的變化。
4．粉塵
粉塵環境對聲速的影響較小，但對超聲波的衰減很明顯，是阻礙超聲波方案實施的主要因素。
5．氣流
理論上講，在開放環境下，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，但實際使用中并無太大影響。
6．聲波的發射與傳播
超聲波液位計探頭的內部有一個或多個壓電陶瓷晶體，用于聲波信號的產生和接收，當壓電陶瓷晶體獲得電信號時產生微小機械振動發出聲波。同理，回波使壓電陶瓷晶體產生微小機械振動發出電磁信號，實際是一個探頭扮演著發射與接收的雙重角色。
當壓電陶瓷晶體獲得電脈沖激勵時，將產生一段時間的共鳴，最初的共鳴振幅很大，隨著探頭振動能量的減弱，振幅將趨于零。在共鳴期間內，共鳴覆蓋了回波，使得探頭不能準確判定回波，這段時間為幾毫秒，相對應的距離范圍成為“盲區”。10mS相對盲區為1.7m。為了確保發射波與回波時間差的準確性，回波信號必須有足夠的強度以產生和轉化為電脈沖，回波信號的強度取決于發射信號的強度，傳播介質的特性，傳播的距離和被測介質反映面的特性。
7．聲波強度的衰減
由于空氣對聲波的吸收，聲波在傳播過程中強度會出現衰減，這是受空氣粘性、熱傳導以及空氣分子的行為特性決定的。
8．被測介質表面的影響
超聲波液位計回波強度比率取決于被測介質的特性，所有的介質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，會產生很強的回波，反之亦然。
TAGS : 超聲波液位計
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