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超聲波液位計(jì)測(cè)量中的影響因素有哪些
2021-01-04
超聲波液位計(jì)是一種非接觸式測(cè)量的液位儀表，具有安裝簡(jiǎn)單方便，不受液體介質(zhì)粘度和密度等的影響。但在實(shí)際應(yīng)用中，超聲波液位計(jì)易受各種環(huán)境因素的影響，其測(cè)量精度相對(duì)不高，測(cè)量容易有盲區(qū)，不能用于揮發(fā)性介質(zhì)的測(cè)量。那么，超聲波液位計(jì)測(cè)量中的影響因素有哪些呢？
一般來(lái)說(shuō)，超聲波液位計(jì)液位測(cè)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(jì)算出超聲波液位計(jì)的探頭到介質(zhì)表面距離。在上述公式中S代表探頭到介質(zhì)表面的距離；t代表聲波的傳播時(shí)間；C代表聲波的傳播速率。
可見(jiàn)，除聲波傳播時(shí)間外，聲波的傳播速度對(duì)于超聲波液位計(jì)的測(cè)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(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確，超聲波液位計(jì)可根據(jù)測(cè)量媒介聲速的不同事先在程序中予以設(shè)定。
2．溫度因素
溫度的變化對(duì)聲速的影響較為直接，一般來(lái)說(shuō)，溫度的變化帶給聲速的變化為0.17%℃。實(shí)際應(yīng)用中，探頭周?chē)h(huán)境、超聲波傳播媒介的溫度以及被測(cè)介質(zhì)的溫度不盡相同。測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求選擇與探頭結(jié)合的內(nèi)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(cè)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(duì)溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償。這種方法的有效性取決于回波反射參照物的放置精準(zhǔn)程度。
3．粉塵因素
粉塵環(huán)境對(duì)聲速的影響較小，但對(duì)超聲波的衰減很明顯，是阻礙超聲波方案實(shí)施的主要因素。
4．聲波強(qiáng)度的衰減因素
受空氣對(duì)聲波吸收的影響，聲波在傳播過(guò)程中的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)衰減，而這大多是受空氣粘性、熱傳導(dǎo)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(guān)系為：LnT1/T2=1.4LnP1/P2。盡管壓力的變化會(huì)對(duì)探頭的工作狀態(tài)有影響，但壓力的變化不會(huì)直接影響聲速的變化。由于壓力和溫度之間的關(guān)系T=KP（K為常數(shù)），所以壓力的變化影響著溫度的變化，進(jìn)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(kāi)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(zhǎng)，但實(shí)際應(yīng)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(jì)探頭扮演著發(fā)射與接收的雙重角色。其內(nèi)部有一個(gè)或多個(gè)壓電陶瓷晶體，用于聲波信號(hào)的產(chǎn)生和接收，當(dāng)壓電陶瓷晶體獲得電信號(hào)時(shí)產(chǎn)生微小機(jī)械振動(dòng)發(fā)出聲波。同理，回波使壓電陶瓷晶體產(chǎn)生微小機(jī)械振動(dòng)發(fā)出電磁信號(hào)。
當(dāng)壓電陶瓷晶體獲得電脈沖激勵(lì)時(shí)，將產(chǎn)生一段時(shí)間的共鳴，最初的共鳴振幅很大，隨著探頭振動(dòng)能量的減弱，振幅將趨于零。在共鳴期間內(nèi)，共鳴覆蓋了回波，使得探頭不能準(zhǔn)確判定回波，這段時(shí)間大約為幾毫秒，其對(duì)應(yīng)的距離范圍稱(chēng)為“盲區(qū)”。10mS相對(duì)盲區(qū)為1.7m。為了確保發(fā)射波與回波時(shí)間差的準(zhǔn)確性，回波信號(hào)必須有足夠的強(qiáng)度以產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化為電脈沖，而回波信號(hào)的強(qiáng)度取決于傳播介質(zhì)的特性、發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度、傳播的距離和被測(cè)介質(zhì)反映面的特性。
8．被測(cè)介質(zhì)表面的影響因素
由于超聲波液位計(jì)回波強(qiáng)度比率取決于被測(cè)介質(zhì)的特性，所有的介質(zhì)對(duì)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(zhì)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的回波，相反，則回波較弱。
以上就是“超聲波液位計(jì)測(cè)量中的影響因素有哪些”的相關(guān)介紹，如欲了解更多物位開(kāi)關(guān)（料位開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)）、物位計(jì)（料位計(jì)、液位計(jì)）等物位測(cè)量?jī)x表方面的知識(shí)，歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)：Jiweimeter。
一般來(lái)說(shuō)，超聲波液位計(jì)液位測(cè)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(jì)算出超聲波液位計(jì)的探頭到介質(zhì)表面距離。在上述公式中S代表探頭到介質(zhì)表面的距離；t代表聲波的傳播時(shí)間；C代表聲波的傳播速率。
可見(jiàn)，除聲波傳播時(shí)間外，聲波的傳播速度對(duì)于超聲波液位計(jì)的測(cè)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(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確，超聲波液位計(jì)可根據(jù)測(cè)量媒介聲速的不同事先在程序中予以設(shè)定。
2．溫度因素
溫度的變化對(duì)聲速的影響較為直接，一般來(lái)說(shuō)，溫度的變化帶給聲速的變化為0.17%℃。實(shí)際應(yīng)用中，探頭周?chē)h(huán)境、超聲波傳播媒介的溫度以及被測(cè)介質(zhì)的溫度不盡相同。測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求選擇與探頭結(jié)合的內(nèi)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(cè)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(duì)溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償。這種方法的有效性取決于回波反射參照物的放置精準(zhǔn)程度。
3．粉塵因素
粉塵環(huán)境對(duì)聲速的影響較小，但對(duì)超聲波的衰減很明顯，是阻礙超聲波方案實(shí)施的主要因素。
4．聲波強(qiáng)度的衰減因素
受空氣對(duì)聲波吸收的影響，聲波在傳播過(guò)程中的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)衰減，而這大多是受空氣粘性、熱傳導(dǎo)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(guān)系為：LnT1/T2=1.4LnP1/P2。盡管壓力的變化會(huì)對(duì)探頭的工作狀態(tài)有影響，但壓力的變化不會(huì)直接影響聲速的變化。由于壓力和溫度之間的關(guān)系T=KP（K為常數(shù)），所以壓力的變化影響著溫度的變化，進(jìn)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(kāi)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(zhǎng)，但實(shí)際應(yīng)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(jì)探頭扮演著發(fā)射與接收的雙重角色。其內(nèi)部有一個(gè)或多個(gè)壓電陶瓷晶體，用于聲波信號(hào)的產(chǎn)生和接收，當(dāng)壓電陶瓷晶體獲得電信號(hào)時(shí)產(chǎn)生微小機(jī)械振動(dòng)發(fā)出聲波。同理，回波使壓電陶瓷晶體產(chǎn)生微小機(jī)械振動(dòng)發(fā)出電磁信號(hào)。
當(dāng)壓電陶瓷晶體獲得電脈沖激勵(lì)時(shí)，將產(chǎn)生一段時(shí)間的共鳴，最初的共鳴振幅很大，隨著探頭振動(dòng)能量的減弱，振幅將趨于零。在共鳴期間內(nèi)，共鳴覆蓋了回波，使得探頭不能準(zhǔn)確判定回波，這段時(shí)間大約為幾毫秒，其對(duì)應(yīng)的距離范圍稱(chēng)為“盲區(qū)”。10mS相對(duì)盲區(qū)為1.7m。為了確保發(fā)射波與回波時(shí)間差的準(zhǔn)確性，回波信號(hào)必須有足夠的強(qiáng)度以產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化為電脈沖，而回波信號(hào)的強(qiáng)度取決于傳播介質(zhì)的特性、發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度、傳播的距離和被測(cè)介質(zhì)反映面的特性。
8．被測(cè)介質(zhì)表面的影響因素
由于超聲波液位計(jì)回波強(qiáng)度比率取決于被測(cè)介質(zhì)的特性，所有的介質(zhì)對(duì)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(zhì)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的回波，相反，則回波較弱。
以上就是“超聲波液位計(jì)測(cè)量中的影響因素有哪些”的相關(guān)介紹，如欲了解更多物位開(kāi)關(guān)（料位開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)）、物位計(jì)（料位計(jì)、液位計(jì)）等物位測(cè)量?jī)x表方面的知識(shí)，歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)：Jiweimeter。
（深圳計(jì)為自動(dòng)化技術(shù)有限公司市場(chǎng)部2021年1月4日發(fā)布）
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