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超聲波液位計的聲速校正
點擊次數:1197 發布時間:2014-06-06

要想通過測量超聲波傳播時間確定液位,聲波傳播速度。必須恒定.實際上,聲波傳播速度在不同介質中都不一樣,如在0℃時,空氣中聲波傳播速度約為331 m/s,在水蒸氣中為404m/s,而在氫氣中將為1269m/s。即使在同一介質中,溫度不同也有不同的傳播速度,例如前邊講到0℃時空氣中的聲速為331 m/s,而當溫度為100℃時速度增加到387m/s。因此為了能準確使用電磁流量計測量液位,必須對溫度進行修正。在這里一般不能采用簡單的溫度補償,因為對于測量液位來講,溫度是一個范圍很大的分布參數,不能用某個點的溫度對實際上隨機的溫度場進行校正。
  下邊介紹兩種經常采用的校正方法.
  1.用校正具校正聲速
  校正具是在傳聲介質中,相隔一個固定距離Lo處安裝一個探頭一反射板系統,用以測出實際聲速。對液介式超聲波液位計校正具應安裝在液體介質zui低處,以防止液面變化時露出液面。對于氣介式液位計,校正具應放在容器頂端的容器中。
  為了解決由于密度、成分、溫度分布不均勻產生的一些誤差問題,對液介式目前常采用浮臂式校正具。校正具一端固定在液面zui低處的可動轉軸上,另一端與浮在液面上的浮子相。在液面高度變化時,在浮子的帶動下,校正具將圍繞下邊的固定軸轉動。應用了上述裝置,就使得校正段隨液面的變化也在變化,使校正段基本包括了液面不同高度上的溫度梯度及密度梯度,通過這種方法求出的聲速。就非常接近于測量段的實際聲速,可以得到較高的校正精度。應當指出,這種的校正具雖有它的優點,但其缺點是安裝不方便,另外也要求容器直徑(或長度)要大于液面的可能高度。
  2.用固定標記校正聲速
  這種校正方法是在聲波傳播介質中,靠近探頭的側面的上方,每隔一定距離(如lm)放一個小反射板。這樣布置了反射板以后,在探頭接收到的回波信號中就包含有從小反射板反射回來的回波。如果相距每1m安一個反射板,則每個回波就代表了1m距離,例如液面高度為3750mm,則在輸出波形中將有三個完整的標記回波即表示3m距離,zui后一個回波是液面波,它不足于1m (750mm)。顯然整數部分(3m)是用固定距離標定的,只有長度標定誤差(實際可以很小),余下的不足1m的長度仍應按測時換算求出。假如這不到1m的距離不加修正可以滿足測量精度要求,就可以不再采取其他措施了。在有些情況下,精度要求較高時,這1m距離測量產生的誤差已不允許,則可考慮對余數部分再采用校正方法校正,這樣可以得到比較滿意的精度。
  從聲速校正角度來看,采用液介式液面計似乎更好一些。因為氣介式做到準確的聲速校正是很困難的,影響氣體中聲速因素很多,如氣體成分影響,在液面上部的水蒸氣一般較多,對千其他液體也同樣存在揮發的蒸汽,其余量隨壓力、溫度變化,而且愈接近液面變化愈顯著,校正具離開液面較遠時,校正誤差會很大。其次是溫度,在靠近液面處與遠離液面上方氣體的溫度可以相差很大,這樣將形成明顯的聲速梯度。總之,成分、溫度、壓力對聲速都有影響,而且這些因素又往往互相牽連,這樣對校正又增加了很多困難。
  對于液體主要是溫度影響,一般溫度梯度要較在氣體中小些,在通常情況下,不加校正精度也可達百分之一左右,如采用前邊介紹的一些校正方法,精度可優于千分之一。
  綜上所述,一般在被測液體揮發性不強,氣體、溫度較均勻、壓力變化不太大時可以采用氣介式,除此之外,一般多認為液介式優越。
  還應指出,除氣介式和液介式液位計以外,還有固介式,即用固體傳聲,把傳聲棒插人液體中,把探頭裝在傳聲棒上端。當聲波經傳聲棒傳到液體表面時,又有反射波沿傳聲棒傳回。從聲速校正角度看,固介式zui佳,因為氣體、液體成分變化幾乎對聲速沒有影響,溫度變化對固體中之聲速影響也較小,固體(如金屬)導熱性好,不易形成較大的溫度梯度.總之,這一切都極有利于溫度校正,但是由于固體聲波傳播較為復雜,同時存在幾種不同速度的聲波,造成很大干擾,信噪比很難提高,因此的測量精度也很難提高,所以一般很少用固介式方案。
 

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