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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、穩定可靠、安裝維護方便、讀數簡捷等特點，廣泛應用于工業生產中各種容器和敞開式槽池中的非接觸連續性液位測量。但無論是應用于哪種場所，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、被測物液體的化學成分等多方面因素的影響，導致其測量精度不高。本文就以安裝于室外的超聲波液位計為例，談談陽光照射對測量精度的影響和應對方法。

圖1 超聲波液位計檢測原理

　　根據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換為電信號。從超聲波發射到被重新接收，其時間與探頭至被測物體的距離成正比。

　　另由超聲波在介質中傳播原理可知，在介質壓力、溫度、密度、濕度等條件一定的情況下，超聲波在該介質中傳播速度是一個常數。因此，當測出超聲波由發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，即得到了液位的數據。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。
　　把液位高度轉換成4～20mA電流信號、1～5V電壓信號輸出。或者通過485通信，Hart通信，GPRS通信傳輸到控制中心。
　　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，以測量環境的溫度，并采用溫度補償法來提高系統測量的精度，滿足工業應用的要求。這也是超聲波液位計為何要進行溫度補償的原因。
　　但是，當超聲波液位計安裝于室外，尤其是在陽光照射的情況下，依然會出現測量不準、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材料密閉的封裝在探頭里，加之這種保護材料導熱性較低，易致探頭的溫度無法隨環境溫度實時變化。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，溫度會持續升溫，比環境的溫度要高很多。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時的溫度，并不是環境的溫度。正是由于探頭溫度與實際環境溫度的較大差異，從而造成了超聲波液位計測量不準、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對方法