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超聲波液位計測量中的影響因素有哪些
2021-01-04
超聲波液位計是一種非接觸式測量的液位儀表，具有安裝簡單方便，不受液體介質粘度和密度等的影響。但在實際應用中，超聲波液位計易受各種環(huán)境因素的影響，其測量精度相對不高，測量容易有盲區(qū)，不能用于揮發(fā)性介質的測量。那么，超聲波液位計測量中的影響因素有哪些呢？
一般來說，超聲波液位計液位測量的影響因素主要有聲速、溫度、粉塵、壓力、氣流等。
1．聲速因素
根據(jù)公式S=C×T/2可以計算出超聲波液位計的探頭到介質表面距離。在上述公式中S代表探頭到介質表面的距離；t代表聲波的傳播時間；C代表聲波的傳播速率。
可見，除聲波傳播時間外，聲波的傳播速度對于超聲波液位計的測量的影響起著決定性的作用。而聲速的變化取決于傳播媒介的不同。為使測量結果更為準確，超聲波液位計可根據(jù)測量媒介聲速的不同事先在程序中予以設定。
2．溫度因素
溫度的變化對聲速的影響較為直接，一般來說，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(huán)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(tǒng)應根據(jù)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(tǒng)，可以在距探頭的特定位置放置回波反射參照物，產(chǎn)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．粉塵因素
粉塵環(huán)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。
4．聲波強度的衰減因素
受空氣對聲波吸收的影響，聲波在傳播過程中的強度會出現(xiàn)衰減，而這大多是受空氣粘性、熱傳導以及空氣分子的行為特性而定的。
5．壓力因素
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(tài)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(shù)），所以壓力的變化影響著溫度的變化，進而影響聲速的變化。
6．氣流因素
理論上講，空氣作為超聲波的載體，在開放環(huán)境下，橫向的空氣氣流將使得聲波的傳播路徑彎曲變長，但實際應用中影響并不大。
7．聲波的發(fā)射與傳播因素
超聲波液位計探頭扮演著發(fā)射與接收的雙重角色。其內部有一個或多個壓電陶瓷晶體，用于聲波信號的產(chǎn)生和接收，當壓電陶瓷晶體獲得電信號時產(chǎn)生微小機械振動發(fā)出聲波。同理，回波使壓電陶瓷晶體產(chǎn)生微小機械振動發(fā)出電磁信號。
當壓電陶瓷晶體獲得電脈沖激勵時，將產(chǎn)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，這段時間大約為幾毫秒，其對應的距離范圍稱為“盲區(qū)”。10mS相對盲區(qū)為1.7m。為了確保發(fā)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(chǎn)生和轉化為電脈沖，而回波信號的強度取決于傳播介質的特性、發(fā)射信號的強度、傳播的距離和被測介質反映面的特性。
8．被測介質表面的影響因素
由于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(chǎn)生很強的回波，相反，則回波較弱。
以上就是“超聲波液位計測量中的影響因素有哪些”的相關介紹，如欲了解更多物位開關（料位開關、液位開關）、物位計（料位計、液位計）等物位測量儀表方面的知識，歡迎關注微信公眾號：Jiweimeter。
一般來說，超聲波液位計液位測量的影響因素主要有聲速、溫度、粉塵、壓力、氣流等。
1．聲速因素
根據(jù)公式S=C×T/2可以計算出超聲波液位計的探頭到介質表面距離。在上述公式中S代表探頭到介質表面的距離；t代表聲波的傳播時間；C代表聲波的傳播速率。
可見，除聲波傳播時間外，聲波的傳播速度對于超聲波液位計的測量的影響起著決定性的作用。而聲速的變化取決于傳播媒介的不同。為使測量結果更為準確，超聲波液位計可根據(jù)測量媒介聲速的不同事先在程序中予以設定。
2．溫度因素
溫度的變化對聲速的影響較為直接，一般來說，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(huán)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(tǒng)應根據(jù)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(tǒng)，可以在距探頭的特定位置放置回波反射參照物，產(chǎn)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．粉塵因素
粉塵環(huán)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。
4．聲波強度的衰減因素
受空氣對聲波吸收的影響，聲波在傳播過程中的強度會出現(xiàn)衰減，而這大多是受空氣粘性、熱傳導以及空氣分子的行為特性而定的。
5．壓力因素
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(tài)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(shù)），所以壓力的變化影響著溫度的變化，進而影響聲速的變化。
6．氣流因素
理論上講，空氣作為超聲波的載體，在開放環(huán)境下，橫向的空氣氣流將使得聲波的傳播路徑彎曲變長，但實際應用中影響并不大。
7．聲波的發(fā)射與傳播因素
超聲波液位計探頭扮演著發(fā)射與接收的雙重角色。其內部有一個或多個壓電陶瓷晶體，用于聲波信號的產(chǎn)生和接收，當壓電陶瓷晶體獲得電信號時產(chǎn)生微小機械振動發(fā)出聲波。同理，回波使壓電陶瓷晶體產(chǎn)生微小機械振動發(fā)出電磁信號。
當壓電陶瓷晶體獲得電脈沖激勵時，將產(chǎn)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，這段時間大約為幾毫秒，其對應的距離范圍稱為“盲區(qū)”。10mS相對盲區(qū)為1.7m。為了確保發(fā)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(chǎn)生和轉化為電脈沖，而回波信號的強度取決于傳播介質的特性、發(fā)射信號的強度、傳播的距離和被測介質反映面的特性。
8．被測介質表面的影響因素
由于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(chǎn)生很強的回波，相反，則回波較弱。
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（深圳計為自動化技術有限公司市場部2021年1月4日發(fā)布）
TAGS : 超聲波液位計
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