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阳光照射对室外超声波液位计测量精度的影响和应对方法
2018-12-27
超声波液位计由于具有安全清洁、测量精度高、使用寿命长、适用范围广、稳定可靠、安装维护方便、读数简捷等特点，广泛应用于工业生产中各种容器和敞开式槽池中的非接触连续性液位测量。但无论是应用于哪种场所，都对超声波液位计的测量精度提出了越来越高的要求。由于超声波液位计的测量精度极易受到温度、湿度、粉尘、被测物液体的化学成分等多方面因素的影响，导致其测量精度不高。本文就以安装于室外的超声波液位计为例，谈谈阳光照射对测量精度的影响和应对方法。
用探头到罐底的距离－探头到液位的距离=实际液位或者物位高度。
把液位高度转换成4～20mA电流信号、1～5V电压信号输出。或者通过485通信，Hart通信，GPRS通信传输到控制中心。
为什么把精度和温度放在一起考虑，这是因为在空气中，温度测量误差1℃，对声速的影响是0.6m/S,20℃，1个大气压下声速约为340m/S。因此可以算出，对测量误差的影响是0.17%，也就是说，如果温度测量误差3℃，物位测量误差就超过大部分厂家0.5%的标称范围。因此实际0.5%的精度针对的是常温常压下的。对偏高和偏低的温度，都有可能导致测量精度超过0.5%的情况。有温度梯度，温度变化快的场合，测量误差也会因此增大。正是由于温度对声速具有较大的影响，所以在设计超声波换能器的时候，会在探头里嵌入一个温度传感器，以测量环境的温度，并采用温度补偿法来提高系统测量的精度，满足工业应用的要求。这也是超声波液位计为何要进行温度补偿的原因。
但是，当超声波液位计安装于室外，尤其是在阳光照射的情况下，依然会出现测量不准、精度下降的情况。究其原因是因为温度传感器作为探头的一部分被保护材料密闭的封装在探头里，加之这种保护材料导热性较低，易致探头的温度无法随环境温度实时变化。如果超声波液位计被安装在无遮挡、阳光照射的户外，其探头在长时间的阳光照射下，温度会持续升温，比环境的温度要高很多。而安装在探头里面的温度传感器，其探测到的温度实际上是探头当时的温度，并不是环境的温度。正是由于探头温度与实际环境温度的较大差异，从而造成了超声波液位计测量不准、精度下降的问题。
（2）可以避免长时间照射引起的老化问题，使超声波液位计的探头免受损坏，保证仪表正常工作；
（3）遇到雨水天气，可以使得超声波液位计免受雨水的渗漏，避免仪表受损。
图1 超声波液位计检测原理
根据超声波液位计的工作原理，超声波液位计安装于容器上部，在电子单元的控制下，探头向被测物体发射一束超声波脉冲。超声波被物体表面反射，部分反射回波由探头接收并转换为电信号。从超声波发射到被重新接收，其时间与探头至被测物体的距离成正比。
另由超声波在介质中传播原理可知，在介质压力、温度、密度、湿度等条件一定的情况下，超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此，当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据。如图1所示。用探头到罐底的距离－探头到液位的距离=实际液位或者物位高度。
把液位高度转换成4～20mA电流信号、1～5V电压信号输出。或者通过485通信，Hart通信，GPRS通信传输到控制中心。
为什么把精度和温度放在一起考虑，这是因为在空气中，温度测量误差1℃，对声速的影响是0.6m/S,20℃，1个大气压下声速约为340m/S。因此可以算出，对测量误差的影响是0.17%，也就是说，如果温度测量误差3℃，物位测量误差就超过大部分厂家0.5%的标称范围。因此实际0.5%的精度针对的是常温常压下的。对偏高和偏低的温度，都有可能导致测量精度超过0.5%的情况。有温度梯度，温度变化快的场合，测量误差也会因此增大。正是由于温度对声速具有较大的影响，所以在设计超声波换能器的时候，会在探头里嵌入一个温度传感器，以测量环境的温度，并采用温度补偿法来提高系统测量的精度，满足工业应用的要求。这也是超声波液位计为何要进行温度补偿的原因。
但是，当超声波液位计安装于室外，尤其是在阳光照射的情况下，依然会出现测量不准、精度下降的情况。究其原因是因为温度传感器作为探头的一部分被保护材料密闭的封装在探头里，加之这种保护材料导热性较低，易致探头的温度无法随环境温度实时变化。如果超声波液位计被安装在无遮挡、阳光照射的户外，其探头在长时间的阳光照射下，温度会持续升温，比环境的温度要高很多。而安装在探头里面的温度传感器，其探测到的温度实际上是探头当时的温度，并不是环境的温度。正是由于探头温度与实际环境温度的较大差异，从而造成了超声波液位计测量不准、精度下降的问题。
图2 计为超声波液位计
为了避免由于阳光照射对安装在室外的超声波液位计的测量精度造成的影响，计为自动化采用了给超声波液位计加装遮阳防护罩的应对方法。之所以采用遮阳防护罩这种方法，是因为该方法具有以下优点：
（1）可以避免因阳光照射引起的温度变化所导致的测量不准、精度下降的问题；（2）可以避免长时间照射引起的老化问题，使超声波液位计的探头免受损坏，保证仪表正常工作；
（3）遇到雨水天气，可以使得超声波液位计免受雨水的渗漏，避免仪表受损。
以上就是“阳光照射对室外超声波液位计测量精度的影响和应对方法”的相关介绍，如欲了解更多物位开关（料位开关、液位开关）、物位计（料位计、液位计）等物位测量仪表方面的知识，欢迎关注微信公众号：Jiweimeter。
（深圳计为自动化技术有限公司研发中心2018年12月27日发布）
TAGS : 超声波液位计
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