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陽光照射對室外超聲波液位計測量精度的影響和應(yīng)對方法

2018-12-27

　　超聲波液位計由于具有安全清潔、測量精度高、使用壽命長、適用范圍廣、穩(wěn)定可靠、安裝維護(hù)方便、讀數(shù)簡捷等特點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中各種容器和敞開式槽池中的非接觸連續(xù)性液位測量。但無論是應(yīng)用于哪種場所，都對超聲波液位計的測量精度提出了越來越高的要求。由于超聲波液位計的測量精度極易受到溫度、濕度、粉塵、被測物液體的化學(xué)成分等多方面因素的影響，導(dǎo)致其測量精度不高。本文就以安裝于室外的超聲波液位計為例，談?wù)勱柟庹丈鋵y量精度的影響和應(yīng)對方法。

圖1 超聲波液位計檢測原理

　　根據(jù)超聲波液位計的工作原理，超聲波液位計安裝于容器上部，在電子單元的控制下，探頭向被測物體發(fā)射一束超聲波脈沖。超聲波被物體表面反射，部分反射回波由探頭接收并轉(zhuǎn)換為電信號。從超聲波發(fā)射到被重新接收，其時間與探頭至被測物體的距離成正比。

　　另由超聲波在介質(zhì)中傳播原理可知，在介質(zhì)壓力、溫度、密度、濕度等條件一定的情況下，超聲波在該介質(zhì)中傳播速度是一個常數(shù)。因此，當(dāng)測出超聲波由發(fā)射到遇到液面反射被接收所需要的時間，則可換算出超聲波通過的路程，即得到了液位的數(shù)據(jù)。如圖1所示。
　　用探頭到罐底的距離－探頭到液位的距離=實際液位或者物位高度。
　　把液位高度轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號、1～5V電壓信號輸出?；蛘咄ㄟ^485通信，Hart通信，GPRS通信傳輸?shù)娇刂浦行摹?br /> 　　為什么把精度和溫度放在一起考慮，這是因為在空氣中，溫度測量誤差1℃，對聲速的影響是0.6m/S,20℃，1個大氣壓下聲速約為340m/S。因此可以算出，對測量誤差的影響是0.17%，也就是說，如果溫度測量誤差3℃，物位測量誤差就超過大部分廠家0.5%的標(biāo)稱范圍。因此實際0.5%的精度針對的是常溫常壓下的。對偏高和偏低的溫度，都有可能導(dǎo)致測量精度超過0.5%的情況。有溫度梯度，溫度變化快的場合，測量誤差也會因此增大。正是由于溫度對聲速具有較大的影響，所以在設(shè)計超聲波換能器的時候，會在探頭里嵌入一個溫度傳感器，以測量環(huán)境的溫度，并采用溫度補償法來提高系統(tǒng)測量的精度，滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。這也是超聲波液位計為何要進(jìn)行溫度補償?shù)脑颉?br /> 　　但是，當(dāng)超聲波液位計安裝于室外，尤其是在陽光照射的情況下，依然會出現(xiàn)測量不準(zhǔn)、精度下降的情況。究其原因是因為溫度傳感器作為探頭的一部分被保護(hù)材料密閉的封裝在探頭里，加之這種保護(hù)材料導(dǎo)熱性較低，易致探頭的溫度無法隨環(huán)境溫度實時變化。如果超聲波液位計被安裝在無遮擋、陽光照射的戶外，其探頭在長時間的陽光照射下，溫度會持續(xù)升溫，比環(huán)境的溫度要高很多。而安裝在探頭里面的溫度傳感器，其探測到的溫度實際上是探頭當(dāng)時的溫度，并不是環(huán)境的溫度。正是由于探頭溫度與實際環(huán)境溫度的較大差異，從而造成了超聲波液位計測量不準(zhǔn)、精度下降的問題。

陽光照射對室外超聲波液位計測量精度的影響和應(yīng)對方法