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超聲波液位計(jì)的聲速校正

更新時(shí)間:2014-06-06      瀏覽次數(shù):3362

要想通過(guò)測(cè)量超聲波傳播時(shí)間確定液位,聲波傳播速度。必須恒定.實(shí)際上,聲波傳播速度在不同介質(zhì)中都不一樣,如在0℃時(shí),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(zhì)中,溫度不同也有不同的傳播速度,例如前邊講到0℃時(shí)空氣中的聲速為331 m/s,而當(dāng)溫度為100℃時(shí)速度增加到387m/s。因此為了能準(zhǔn)確使用電磁流量計(jì)測(cè)量液位,必須對(duì)溫度進(jìn)行修正。在這里一般不能采用簡(jiǎn)單的溫度補(bǔ)償,因?yàn)閷?duì)于測(cè)量液位來(lái)講,溫度是一個(gè)范圍很大的分布參數(shù),不能用某個(gè)點(diǎn)的溫度對(duì)實(shí)際上隨機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行校正。
  下邊介紹兩種經(jīng)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(zhì)中,相隔一個(gè)固定距離Lo處安裝一個(gè)探頭一反射板系統(tǒng),用以測(cè)出實(shí)際聲速。對(duì)液介式超聲波液位計(jì)校正具應(yīng)安裝在液體介質(zhì)zui低處,以防止液面變化時(shí)露出液面。對(duì)于氣介式液位計(jì),校正具應(yīng)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(chǎn)生的一些誤差問(wèn)題,對(duì)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(dòng)轉(zhuǎn)軸上,另一端與浮在液面上的浮子相。在液面高度變化時(shí),在浮子的帶動(dòng)下,校正具將圍繞下邊的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。應(yīng)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(guò)這種方法求出的聲速。就非常接近于測(cè)量段的實(shí)際聲速,可以得到較高的校正精度。應(yīng)當(dāng)指出,這種的校正具雖有它的優(yōu)點(diǎn),但其缺點(diǎn)是安裝不方便,另外也要求容器直徑(或長(zhǎng)度)要大于液面的可能高度。
  2.用固定標(biāo)記校正聲速
  這種校正方法是在聲波傳播介質(zhì)中,靠近探頭的側(cè)面的上方,每隔一定距離(如lm)放一個(gè)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(hào)中就包含有從小反射板反射回來(lái)的回波。如果相距每1m安一個(gè)反射板,則每個(gè)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(gè)完整的標(biāo)記回波即表示3m距離,zui后一個(gè)回波是液面波,它不足于1m (750mm)。顯然整數(shù)部分(3m)是用固定距離標(biāo)定的,只有長(zhǎng)度標(biāo)定誤差(實(shí)際可以很小),余下的不足1m的長(zhǎng)度仍應(yīng)按測(cè)時(shí)換算求出。假如這不到1m的距離不加修正可以滿足測(cè)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(shí),這1m距離測(cè)量產(chǎn)生的誤差已不允許,則可考慮對(duì)余數(shù)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(lái)看,采用液介式液面計(jì)似乎更好一些。因?yàn)闅饨槭阶龅綔?zhǔn)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(duì)千其他液體也同樣存在揮發(fā)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(yuǎn)時(shí),校正誤差會(huì)很大。其次是溫度,在靠近液面處與遠(yuǎn)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??傊?,成分、溫度、壓力對(duì)聲速都有影響,而且這些因素又往往互相牽連,這樣對(duì)校正又增加了很多困難。
  對(duì)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(dá)百分之一左右,如采用前邊介紹的一些校正方法,精度可優(yōu)于千分之一。
  綜上所述,一般在被測(cè)液體揮發(fā)性不強(qiáng),氣體、溫度較均勻、壓力變化不太大時(shí)可以采用氣介式,除此之外,一般多認(rèn)為液介式*。
  還應(yīng)指出,除氣介式和液介式液位計(jì)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(dāng)聲波經(jīng)傳聲棒傳到液體表面時(shí),又有反射波沿傳聲棒傳回。從聲速校正角度看,固介式*,因?yàn)闅怏w、液體成分變化幾乎對(duì)聲速?zèng)]有影響,溫度變化對(duì)固體中之聲速影響也較小,固體(如金屬)導(dǎo)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(fù)雜,同時(shí)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(cè)量精度也很難提高,所以一般很少用固介式方案。
 

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