超聲波物位計(jì)（超聲波液位計(jì)和超聲波料位計(jì)的統(tǒng)稱）是典型的非接觸式液位測量儀器之一，可以滿足大多數(shù)密閉和敞開容器液位測量的要求，而無需接觸工業(yè)介質(zhì)。超聲波液位計(jì)可以測量從幾厘米到幾十米的物體液位范圍，在許多惡劣條件下顯示出非凡的能力。
超聲波液位計(jì)的內(nèi)部原理非常簡單，將超聲波探頭安裝在容器的頂部，將脈沖波傳輸?shù)奖粶y介質(zhì)的表面，同時(shí)從表面接收反射的回波分析物，通過傳輸波和回波時(shí)間，它是通過空間中聲波的時(shí)間來回往返，以測量探頭與被測介質(zhì)表面的距離。本文著重分析影響超聲波液位計(jì)測量的幾個(gè)因素。
1.聲波速度的影響
超聲波液位計(jì)在工業(yè)應(yīng)用中的頻率為5KHz-5mhz，在液位測量技術(shù)方面為5HZ-40Hz。超聲探頭到介質(zhì)表面距離的計(jì)算公式如下：D = T1×C / 2
D：從探頭到介質(zhì)表面的距離； T1：聲波的傳播時(shí)間； C：波的傳播率。因此，除了聲波傳播時(shí)間的測量精度外，聲波傳播速度也起著決定性的作用。聲音的速度因介質(zhì)而異。在實(shí)踐中，許多因素影響媒體和聲速。為了獲得更準(zhǔn)確的測量結(jié)果，可以對超聲波液位儀進(jìn)行編程以設(shè)置不同介質(zhì)的聲速。
2.溫度的影響
溫度的變化會(huì)影響聲速的變化。在正常環(huán)境下，溫度的變化使聲速的變化達(dá)到0.17％℃。在實(shí)際測量中，各種自然因素都可能導(dǎo)致誤差。在實(shí)際應(yīng)用中，探頭的環(huán)境溫度，超聲介質(zhì)的溫度和被測介質(zhì)的溫度是不同的。測量系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇與探頭結(jié)合使用的內(nèi)置溫度傳感器以及與探頭分離的外部溫度傳感器。更精確的測量系統(tǒng)可以通過將回波反射參考放置在遠(yuǎn)離探頭的特定位置來補(bǔ)償溫度影響。該方法的有效性取決于回聲反射參考的放置精度。
3.壓力的影響
由壓力變化引起的溫度變化之間的關(guān)系如下：LnT1 / T2 ＝ 1.4LnP1 / P2。盡管壓力的變化會(huì)影響探頭的工作狀態(tài)，但壓力的變化不會(huì)直接產(chǎn)生聲速的變化。由于壓力與溫度之間的關(guān)系，T = KP（K為常數(shù)），壓力的變化會(huì)影響溫度的變化，進(jìn)而會(huì)影響聲速的變化。
4.聲波的發(fā)射和傳播
超聲波液位計(jì)探頭內(nèi)部有一個(gè)或多個(gè)壓電陶瓷晶體，用于產(chǎn)生和接收聲波信號。壓電陶瓷晶體獲得電信號后，會(huì)產(chǎn)生微機(jī)械振動(dòng)并發(fā)出聲波。類似地，回聲使壓電陶瓷晶體產(chǎn)生微小的機(jī)械振動(dòng)并發(fā)送電磁信號。實(shí)際上，探針扮演著發(fā)送和接收的雙重角色。
當(dāng)壓電晶體被電脈沖激發(fā)時(shí)，它將在一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生諧振。初始共振振幅很大，并且隨著探頭振動(dòng)的減少，振幅趨于零。在回波期間，回波會(huì)覆蓋回波，從而使探針無法準(zhǔn)確確定回波。該時(shí)間段為幾毫秒，并且相應(yīng)的距離范圍成為“盲區(qū)”。 10mS的相對盲區(qū)為1.7m。為了確保發(fā)射波和回波之間的時(shí)間差的準(zhǔn)確性，回波信號必須具有足夠的強(qiáng)度以生成并轉(zhuǎn)換為電脈沖。回波信號的強(qiáng)度取決于發(fā)射信號的強(qiáng)度，傳播介質(zhì)的特性，被測介質(zhì)的傳播距離和反射面的特性。
5.聲波強(qiáng)度的衰減
聲波在傳播過程中強(qiáng)度的衰減歸因于其對空氣的吸收，這取決于其粘度和導(dǎo)熱性以及空氣分子的行為。
6.灰塵的影響
塵埃環(huán)境對聲速的影響很小，但對超聲波的衰減明顯，這是阻礙超聲波方案實(shí)施的主要因素。實(shí)際上，帶有特殊泡沫表面的低頻探頭在粉塵環(huán)境中非常成功。
7.氣流的影響
從理論上講，在開放的環(huán)境中，空氣作為超聲波的載體，橫向的空氣流動(dòng)會(huì)使聲波的傳播路徑變長，但在實(shí)際使用中效果不大。
8.被測介質(zhì)表面的影響
超聲波液位計(jì)的回波強(qiáng)度比取決于被測介質(zhì)的特性，所有這些特性都是對超聲波的部分反射，部分吸收和部分透射。密集的媒體會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的回聲，反之亦然。在實(shí)際測量中，液體界面的回聲要好于固體。當(dāng)回波在固定顆粒的表面上生成時(shí)，其角度方向會(huì)不同，并且彼此之間會(huì)存在時(shí)間差，從而導(dǎo)致相位不同，從而降低直接反射回探頭的回波強(qiáng)度。
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