導致超聲波液位計測量不準的因素

時間：2009-2-26閱讀：4658

超聲波液位計是一系列非接觸，高可靠、低價格、免維護的物位儀，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、昂貴的維護等麻煩，它不必要接觸工業介質就滿足大多數密閉／敞開容器里的物位測量要求。
今天，隨著電子技術的發展，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出非凡的能力。
超聲波液位計測量的內在原理是非常簡單的，超聲波探頭位于容器的頂部，發射脈沖波達到被測介質表面，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，也就是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。
速度的影響：
超聲波液位計在工業應用中的頻率為5KHZ-5MHZ，在物位測量技術方面為5HZ-40HZ，超聲波探頭到介質表面距離的計算公式如下：
D=t1×C/2
D：探頭到介質表面的距離
t1：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。今天，為了獲得更加準確的測量結果，超聲波物位儀表可以由程度設定不同媒介的聲速。
溫度的影響：
溫度的變化影響著聲速的變化，在正常環境中溫度的變化帶給聲速的變化為0.17%℃。在實際測量中，多種自然因素會導致誤差，而百特先進的測量系統，包括了溫度傳感器和軟件功能，可以對溫度的影響進行自動補償。在實際應用中，由于探頭周圍環境，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程度。
壓力的影響:
壓力的變化造成的溫度變化之間的關系：LnT1/T2=1.4LnP1/P2
雖然壓力的變化影響著探頭的工作狀態,但壓力的變化不直接產生聲速的變化.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.
聲波的發射與傳播:
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,實際的方法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，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，共鳴覆蓋了回波，使得探頭不準確判定回波，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`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。
強度的衰減
聲波傳播過程中強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以及空氣分子的行為特性決定的。
粉塵的影響
粉塵環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施的主要因素。實際應用中，低頻率并帶有特殊泡沫塑料表面的探頭在粉塵環境中的使用方案是非常成功的。
氣流的影響
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，實際中的影響并不大。
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，反之成立。實際測量中，液體界面的回波遠遠好于固體。回波在固定顆粒表面產生時，其角度方向不同，相互有著時間差，造成相位不同從而減少直接反射回探頭的回波強度。
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有了溫度補償，回波跟蹤識別等軟件功能，使測量儀成為zui成功的工業測量解決方案之一，包括液體料位、固體料位、各種倉料、明渠流量等，已成為現今接受的非接觸式測量技術。

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