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超声波的传播时间是液位计测量的中间结果,利用超声波液位计测量液位,还需要知道超声波在空气中的传播速度,因此对超声波传播速度取值精度将地影响超声波液位计的测量精度。那么怎样才能使得超声波液位计测量呢？
1.温度补偿
一般情况下,温度是影响声速的主要因素,在正常大气压条件下,声速与温度的关系如下
其中,V0=331.45m/s表示0℃时声速;T表示温度,单位℃。
在工业测量中一般以式近似计算空气中超声波的声速与温度的关系。
因此,可以通过在超声波液位计上安装温度传感器实时测量温度,并利用式中给定的温度与声速的关系,方便地换算出声速值。但是,实际上声速又不仅仅受温度影响,还与气体密度、气压、湿度、空气中的悬浮物等诸多因素有关。因此,在实际应用中仅利用测量温度的方法对声速进行标定还有诸多不足,且在温度测量过程中也会存在一定的误差,因此温度补偿方法只适用一般应用,而无法满足高精度测量。
2.实测声速补偿
实践证明,无论是利用何种经验公式和经验数据对声速进行补偿,都会由于测量环境的复杂性和测量方法等原因,引进新的误差。因此利用实测声速的方法进行声速补偿被认为是可靠的补偿方法。
在发射探头前端安装一个挡板,挡板与探头形成一个距离固定的声程区间,该结构称之为声程架。当探头发射声波时,该挡板能将一部分声波反射回探头。探头接收到反射波后,计算从发射到接收的时间,利用式计算声速。其中,L为声程架的声程长度;t为声波传播时间。
利用实测声速方法进行补偿,由于补偿声波与测量声波传播路径所处的环境极为相似,所受的环境影响也基本一致,其声速通常也较接近,所以这种方法是目前使用的声速修正方式。但是在这种方法的使用中,声程架应选用低温度膨胀系数的材料,以免环境温度变化声程架发生热胀冷缩,使声程距离L发生改变,影响实测声速精度。
3.渡越时间误差
声波是纵向振动的弹性机械波,它借助传播介质的分子运动而传播。由于传播介质的吸收、散射和声波的扩散等原因,导致声强、声压和声能减弱,发生声波衰减。并且超声波液位计的测量需要在被测液面上形成一次声波反射,这同样会引起声波的衰减。声波是按传播距离的指数规律衰减的,当液面高度不同时,声波的传输距离也不相同,其接收波的幅度也会有较大差异。
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99 |
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| 日期： |
2024-05-31 |
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