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從研發(fā)認(rèn)識(shí)計(jì)為
陽光照射對室外超聲波液位計(jì)測量精度的影響和應(yīng)對方法
2018-12-27
超聲波液位計(jì)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(diǎn)，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(jì)的測量精度提出了越來越高的要求。由于超聲波液位計(jì)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(jì)為例，談?wù)勱柟庹丈鋵y量精度的影響和應(yīng)對方法。
用探頭到罐底的距離－探頭到液位的距離=實(shí)際液位或者物位高度。
把液位高度轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號(hào)、1～5V電壓信號(hào)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?yàn)樵诳諝庵?，溫度測量誤差1℃，對聲速的影響是0.6m/S,20℃，1個(gè)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(shí)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(huì)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(jì)超聲波換能器的時(shí)候，會(huì)在探頭里嵌入一個(gè)溫度傳感器，以測量環(huán)境的溫度，并采用溫度補(bǔ)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(jì)為何要進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑颉?br /> 但是，當(dāng)超聲波液位計(jì)安裝于室外，尤其是在陽光照射的情況下，依然會(huì)出現(xiàn)測量不準(zhǔn)、精度下降的情況。究其原因是因?yàn)闇囟葌鞲衅髯鳛樘筋^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(shí)時(shí)變化。如果超聲波液位計(jì)被安裝在無遮擋、陽光照射的戶外，其探頭在長時(shí)間的陽光照射下，溫度會(huì)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(shí)際上是探頭當(dāng)時(shí)的溫度，并不是環(huán)境的溫度。正是由于探頭溫度與實(shí)際環(huán)境溫度的較大差異，從而造成了超聲波液位計(jì)測量不準(zhǔn)、精度下降的問題。
?。?）可以避免長時(shí)間照射引起的老化問題，使超聲波液位計(jì)的探頭免受損壞，保證儀表正常工作；
?。?）遇到雨水天氣，可以使得超聲波液位計(jì)免受雨水的滲漏，避免儀表受損。
圖1 超聲波液位計(jì)檢測原理
根據(jù)超聲波液位計(jì)的工作原理，超聲波液位計(jì)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(hào)。從超聲波發(fā)射到被重新接收，其時(shí)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(gè)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(shí)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(shí)際液位或者物位高度。
把液位高度轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號(hào)、1～5V電壓信號(hào)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?yàn)樵诳諝庵?，溫度測量誤差1℃，對聲速的影響是0.6m/S,20℃，1個(gè)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(shí)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(huì)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(jì)超聲波換能器的時(shí)候，會(huì)在探頭里嵌入一個(gè)溫度傳感器，以測量環(huán)境的溫度，并采用溫度補(bǔ)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(jì)為何要進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑颉?br /> 但是，當(dāng)超聲波液位計(jì)安裝于室外，尤其是在陽光照射的情況下，依然會(huì)出現(xiàn)測量不準(zhǔn)、精度下降的情況。究其原因是因?yàn)闇囟葌鞲衅髯鳛樘筋^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(shí)時(shí)變化。如果超聲波液位計(jì)被安裝在無遮擋、陽光照射的戶外，其探頭在長時(shí)間的陽光照射下，溫度會(huì)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(shí)際上是探頭當(dāng)時(shí)的溫度，并不是環(huán)境的溫度。正是由于探頭溫度與實(shí)際環(huán)境溫度的較大差異，從而造成了超聲波液位計(jì)測量不準(zhǔn)、精度下降的問題。
圖2 計(jì)為超聲波液位計(jì)
為了避免由于陽光照射對安裝在室外的超聲波液位計(jì)的測量精度造成的影響，計(jì)為自動(dòng)化采用了給超聲波液位計(jì)加裝遮陽防護(hù)罩的應(yīng)對方法。之所以采用遮陽防護(hù)罩這種方法，是因?yàn)樵摲椒ň哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：
?。?）可以避免因陽光照射引起的溫度變化所導(dǎo)致的測量不準(zhǔn)、精度下降的問題；?。?）可以避免長時(shí)間照射引起的老化問題，使超聲波液位計(jì)的探頭免受損壞，保證儀表正常工作；
?。?）遇到雨水天氣，可以使得超聲波液位計(jì)免受雨水的滲漏，避免儀表受損。
以上就是“陽光照射對室外超聲波液位計(jì)測量精度的影響和應(yīng)對方法”的相關(guān)介紹，如欲了解更多物位開關(guān)（料位開關(guān)、液位開關(guān)）、物位計(jì)（料位計(jì)、液位計(jì)）等物位測量儀表方面的知識(shí)，歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)：Jiweimeter。
（深圳計(jì)為自動(dòng)化技術(shù)有限公司研發(fā)中心2018年12月27日發(fā)布）
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