超聲波的傳播時(shí)間是液位計(jì)測量的中間結(jié)果,利用超聲波液位計(jì)測量液位,還需要知道超聲波在空氣中的傳播速度,因此對超聲波傳播速度取值精度將極大地影響超聲波液位計(jì)的測量精度。那么怎樣才能使得超聲波液位計(jì)測量呢？
1.溫度補(bǔ)償
一般情況下,溫度是影響聲速的主要因素,在正常大氣壓條件下,聲速與溫度的關(guān)系如下
其中,V0=331.45m/s表示0℃時(shí)聲速;T表示溫度,單位℃。
在工業(yè)測量中一般以式近似計(jì)算空氣中超聲波的聲速與溫度的關(guān)系。
因此,可以通過在超聲波液位計(jì)上安裝溫度傳感器實(shí)時(shí)測量溫度,并利用式中給定的溫度與聲速的關(guān)系,方便地?fù)Q算出聲速值。但是,實(shí)際上聲速又不僅僅受溫度影響,還與氣體密度、氣壓、濕度、空氣中的懸浮物等諸多因素有關(guān)。因此,在實(shí)際應(yīng)用中僅利用測量溫度的方法對聲速進(jìn)行標(biāo)定還有諸多不足,且在溫度測量過程中也會(huì)存在一定的誤差,因此溫度補(bǔ)償方法只適用一般應(yīng)用,而無法滿足高精度測量。
2.實(shí)測聲速補(bǔ)償
實(shí)踐證明,無論是利用何種經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對聲速進(jìn)行補(bǔ)償,都會(huì)由于測量環(huán)境的復(fù)雜性和測量方法等原因,引進(jìn)新的誤差。因此利用實(shí)測聲速的方法進(jìn)行聲速補(bǔ)償被認(rèn)為是可靠的補(bǔ)償方法。
在發(fā)射探頭前端安裝一個(gè)擋板,擋板與探頭形成一個(gè)距離固定的聲程區(qū)間,該結(jié)構(gòu)稱之為聲程架。當(dāng)探頭發(fā)射聲波時(shí),該擋板能將一部分聲波反射回探頭。探頭接收到反射波后,計(jì)算從發(fā)射到接收的時(shí)間,利用式計(jì)算聲速。其中,L為聲程架的聲程長度;t為聲波傳播時(shí)間。
利用實(shí)測聲速方法進(jìn)行補(bǔ)償,由于補(bǔ)償聲波與測量聲波傳播路徑所處的環(huán)境極為相似,所受的環(huán)境影響也基本一致,其聲速通常也較接近,所以這種方法是目前使用的聲速修正方式。但是在這種方法的使用中,聲程架應(yīng)選用低溫度膨脹系數(shù)的材料,以免環(huán)境溫度變化聲程架發(fā)生熱脹冷縮,使聲程距離L發(fā)生改變,影響實(shí)測聲速精度。
3.渡越時(shí)間誤差
聲波是縱向振動(dòng)的彈性機(jī)械波,它借助傳播介質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)而傳播。由于傳播介質(zhì)的吸收、散射和聲波的擴(kuò)散等原因,導(dǎo)致聲強(qiáng)、聲壓和聲能減弱,發(fā)生聲波衰減。并且超聲波液位計(jì)的測量需要在被測液面上形成一次聲波反射,這同樣會(huì)引起聲波的衰減。聲波是按傳播距離的指數(shù)規(guī)律衰減的,當(dāng)液面高度不同時(shí),聲波的傳輸距離也不相同,其接收波的幅度也會(huì)有較大差異。
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