超聲波液位計測量方式研究與探討 十二

2．3．1環(huán)境對聲速的影響

超聲波在不同介質(zhì)中聲速差異很大，即使同一介質(zhì)，其聲速也隨溫度、壓力、粘度、濕度或成分的變化而變化。其中溫度的影響最大。對于氣體和液體來說，差別更加明顯。嚴格來說，超聲波頻率改變，聲速也會變化。因此，在實際測量中，不能簡單地把聲速看成常數(shù)。只有在測量條件比較理想，傳播介質(zhì)的成分、溫度、壓強等因素都沒有很大變化，同時液位的測量精度要求又不高的情況下，可以把聲速作為常數(shù)。空氣中，常溫下超聲波的傳播速度約為340m／s。空氣溫度每升高1℃，聲速變化約為0．6m／s。在精確測量中這種因環(huán)境的影響而產(chǎn)生的偏差是不容忽視的，因此要想實現(xiàn)高精度測量，必須消除外界環(huán)境的影響所造成的誤差。

聲速校正方法l刪主要有：溫度補償法和參考聲速法(即設置校正具法)。溫度補償法在目前超聲波液位計中應用較為廣泛。從傳統(tǒng)的熱敏電阻、鉑電阻、熱電偶作為測溫工具到現(xiàn)在采用精度更高的溫度傳感器，利用溫度補償法進行聲速校已趨于成熟。溫度補償法校正聲速是利用外加溫度傳感器測得環(huán)境溫度，再計算出該溫度下的超聲波聲速，達到聲速校正的目的。

由這個計算結(jié)果可以看出，用工業(yè)測量中使用的近似計算公式計算得出的結(jié)果，在溫度為50℃時，量程10m即產(chǎn)生約為3．5cm的測量誤差。因此在溫度補償方法中采用近似公式對溫度進行補償，無法達到理想的聲速校正目的，不能滿足現(xiàn)代測量中對高精度的要求。并且溫度傳感器的應用環(huán)境溫度在-55～+125℃之間，使得超聲液位計的應用環(huán)境受到一定的限制。因此，尋找一種新的聲速校正方法對提高精度有重要的意義。

另外，由于外加了溫度傳感器，不但增加了成本，還引進了溫度傳感器的測溫誤差，從而使系統(tǒng)誤差增加，并且增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，限SUT溫度補償型超聲波液位計測量精度的進一步提高。

通過設置校正具獲得參考聲速進行聲速校正，是一種理想的聲速校正方法。它無需外加溫度傳感器，結(jié)構(gòu)更加簡單，成本更低，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高。本設計中正是采用此種方法進行聲速校正。

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