超聲波的傳播時間是液位計測量的中間結果。使用超聲波液位計測量液位時,需要知道超聲波在空氣中的傳播速度,因此超聲波傳播速度的準確性將極大地影響超聲波液位計的測量精度。那么如何才能讓超聲波液位計測量呢?
1.溫度補償
一般來說,溫度是影響聲速的主要因素。在正常大氣壓下,聲速與溫度的關系如下
其中V0 = 331.45m米/秒代表0℃時的聲速;t是以℃為單位的溫度。
在工業測量中,超聲波在空氣中的聲速與溫度的關系一般用公式近似計算。
因此,通過在
超聲波液位計上安裝溫度傳感器,可以實時測量溫度,利用公式中給出的溫度與聲速的關系,可以方便地轉換聲速值。但實際上,聲速不僅受溫度影響,還與氣體密度、氣壓、濕度、空氣中懸浮固體等諸多因素有關。因此,在實際應用中,僅通過測量溫度來校準聲速仍然存在許多缺點,在溫度測量過程中也存在一些誤差。因此,溫度補償方法只適用于一般應用,不能滿足高精度測量。
2.測量聲速的補償
實踐證明,無論用什么經驗公式和數據來補償聲速,由于測量環境和測量方法的復雜性,都會引入新的誤差。因此,通過測量聲速來補償聲速被認為是一種可靠的補償方法。
發射探頭的前端安裝有擋板,擋板與探頭形成固定距離的聲路間隔。這種結構被稱為聲音路徑框架。當探頭發出聲波時,擋板可以將一部分聲波反射回探頭。探頭接收到反射波后,計算從發射到接收的時間,用公式計算聲速。其中l為聲程幀的聲程長度;t是聲波傳播時間。
測量聲速的方法用于補償。由于補償聲波和實測聲波傳播路徑的環境非常相似,環境影響基本相同,聲速通常比較接近,所以這種方法是目前使用的聲速修正方法。但在使用這種方法時,聲程架應采用溫度膨脹系數較低的材料,以避免聲程架因環境溫度變化而熱脹冷縮,從而改變聲程距離L,影響測量聲速的準確性。
3.傳輸時間誤差
聲波是一種縱向振動的彈性機械波,通過傳播介質的分子運動進行傳播。由于傳播介質的吸收、散射、聲波擴散,聲強、聲壓、聲能減弱,發生聲波衰減。此外,超聲波液位計的測量需要在被測液體表面形成聲波反射,也會造成聲波的衰減。聲波按照傳播距離的指數規律衰減。當液位不同時,聲波的傳播距離不同,接收波的幅度也有很大的不同。