超聲波液位計(jì)的聲速校正

要想通過測(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煞?、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。