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超声波液位计影响测量的常见因素
2021-01-04
超声波液位计是一种典型的非接触式液位测量仪表，它无需接触介质就满足大多数敞口容器里的物位测量要求，可以测量几厘米到几十米的物位范围，能够在较为恶劣的条件下使用。超声波探头安装在被测介质的上方，发射脉冲波到达被测介质表面，同时接收由被测物表面反射回来的回波，由发射波和回波的时间差，即声波在空间中的往返穿行时间来测出探头距被测介质表面的距离。本文着重分析下超声波液位计影响测量的常见因素。
一般来说，超声波液位计的液位测量受多种因素的影响，比较常见的有声速、温度、压力、气流、粉尘等，下面分别介绍下：
1．声速
超声波液位计的探头到介质表面距离的计算公式为：S=C×T/2。其中S：探头到介质表面的距离；t：声波的传播时间；C：波的传播速率。由此可知，除了声波的传播时间的测量准确性，声波的传播速度起着决定性的作用。声速的变化取决于传播媒介的不同。在实际应用中，多种因素影响着传播媒介及声速。为了获得更加准确的测量结果，超声波液位测量仪表可以由程序设定不同媒介的声速。
2．温度
温度的变化对声速的变化有着直接的影响，在正常环境中，温度的变化带给声速的变化为0.17%℃。实际应用中，探头周围环境、超声波传播媒介的温度以及被测介质的温度不尽相同。测量系统应根据实际要求选择与探头结合的内置温度传感器与探头分离的外置温度传感器。更为精确的测量系统，可以在距探头的特定位置放置回波反射参照物，产生参考回波，以对温度影响进行补偿。这种方法的有效性取决于回波反射参照物的放置精准程度。
3．压力
压力的变化与温度变化之间的关系为：LnT1/T2=1.4LnP1/P2。尽管压力的变化会对探头的工作状态有影响，但压力的变化不会直接影响声速的变化。由于压力和温度之间的关系T=KP（K为常数），所以压力的变化影响着温度的变化，进而影响声速的变化。
4．粉尘
粉尘环境对声速的影响较小，但对超声波的衰减很明显，是阻碍超声波方案实施的主要因素。
5．气流
理论上讲，在开放环境下，空气作为超声波的载体，横向的空气气流将使得声波的传播路径弯曲变长，但实际使用中并无太大影响。
6．声波的发射与传播
超声波液位计探头的内部有一个或多个压电陶瓷晶体，用于声波信号的产生和接收，当压电陶瓷晶体获得电信号时产生微小机械振动发出声波。同理，回波使压电陶瓷晶体产生微小机械振动发出电磁信号，实际是一个探头扮演着发射与接收的双重角色。
当压电陶瓷晶体获得电脉冲激励时，将产生一段时间的共鸣，最初的共鸣振幅很大，随着探头振动能量的减弱，振幅将趋于零。在共鸣期间内，共鸣覆盖了回波，使得探头不能准确判定回波，这段时间为几毫秒，相对应的距离范围成为“盲区”。10mS相对盲区为1.7m。为了确保发射波与回波时间差的准确性，回波信号必须有足够的强度以产生和转化为电脉冲，回波信号的强度取决于发射信号的强度，传播介质的特性，传播的距离和被测介质反映面的特性。
7．声波强度的衰减
由于空气对声波的吸收，声波在传播过程中强度会出现衰减，这是受空气粘性、热传导以及空气分子的行为特性决定的。
8．被测介质表面的影响
超声波液位计回波强度比率取决于被测介质的特性，所有的介质对超声波都是部分的反射，部分的吸收以及部分的传输。浓密的介质，会产生很强的回波，反之亦然。
一般来说，超声波液位计的液位测量受多种因素的影响，比较常见的有声速、温度、压力、气流、粉尘等，下面分别介绍下：
1．声速
超声波液位计的探头到介质表面距离的计算公式为：S=C×T/2。其中S：探头到介质表面的距离；t：声波的传播时间；C：波的传播速率。由此可知，除了声波的传播时间的测量准确性，声波的传播速度起着决定性的作用。声速的变化取决于传播媒介的不同。在实际应用中，多种因素影响着传播媒介及声速。为了获得更加准确的测量结果，超声波液位测量仪表可以由程序设定不同媒介的声速。
2．温度
温度的变化对声速的变化有着直接的影响，在正常环境中，温度的变化带给声速的变化为0.17%℃。实际应用中，探头周围环境、超声波传播媒介的温度以及被测介质的温度不尽相同。测量系统应根据实际要求选择与探头结合的内置温度传感器与探头分离的外置温度传感器。更为精确的测量系统，可以在距探头的特定位置放置回波反射参照物，产生参考回波，以对温度影响进行补偿。这种方法的有效性取决于回波反射参照物的放置精准程度。
3．压力
压力的变化与温度变化之间的关系为：LnT1/T2=1.4LnP1/P2。尽管压力的变化会对探头的工作状态有影响，但压力的变化不会直接影响声速的变化。由于压力和温度之间的关系T=KP（K为常数），所以压力的变化影响着温度的变化，进而影响声速的变化。
4．粉尘
粉尘环境对声速的影响较小，但对超声波的衰减很明显，是阻碍超声波方案实施的主要因素。
5．气流
理论上讲，在开放环境下，空气作为超声波的载体，横向的空气气流将使得声波的传播路径弯曲变长，但实际使用中并无太大影响。
6．声波的发射与传播
超声波液位计探头的内部有一个或多个压电陶瓷晶体，用于声波信号的产生和接收，当压电陶瓷晶体获得电信号时产生微小机械振动发出声波。同理，回波使压电陶瓷晶体产生微小机械振动发出电磁信号，实际是一个探头扮演着发射与接收的双重角色。
当压电陶瓷晶体获得电脉冲激励时，将产生一段时间的共鸣，最初的共鸣振幅很大，随着探头振动能量的减弱，振幅将趋于零。在共鸣期间内，共鸣覆盖了回波，使得探头不能准确判定回波，这段时间为几毫秒，相对应的距离范围成为“盲区”。10mS相对盲区为1.7m。为了确保发射波与回波时间差的准确性，回波信号必须有足够的强度以产生和转化为电脉冲，回波信号的强度取决于发射信号的强度，传播介质的特性，传播的距离和被测介质反映面的特性。
7．声波强度的衰减
由于空气对声波的吸收，声波在传播过程中强度会出现衰减，这是受空气粘性、热传导以及空气分子的行为特性决定的。
8．被测介质表面的影响
超声波液位计回波强度比率取决于被测介质的特性，所有的介质对超声波都是部分的反射，部分的吸收以及部分的传输。浓密的介质，会产生很强的回波，反之亦然。
TAGS : 超声波液位计
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