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西門子超聲波液位計校訂體例


宣布日期:2018-09-30 10:17 瀏覽次數: 字號:


在產業出產中,液位丈量是一個首要的測試和節制手腕。跟著產業主動化水平的疾速成長,液位丈量已遍及操縱,如各類容器、管道內液位丈量及水庫、江河、溝渠的水位丈量。不管是操縱于哪一種場合,都對液位計的丈量精度提出了愈來愈高的請求。今朝,液位丈量操縱最為遍及的是超聲波液位計,可是因為超聲波液位計的丈量精度極易遭到溫度、濕度、粉塵、被測物液體的化學成份等多方面身分的影響,致使其丈量精度不高。本文也對超聲波液位計丈量中能夠呈現的一些偏差遏制闡發,并提出了呼應的彌補體例。

超聲波液位計的偏差闡發及校準體例
 
   1:溫度彌補
普通環境下,溫度是影響聲速的首要身分,在普通大氣壓前提下,聲速與溫度的干系以下:
                    (2)
此中,V0=331.45m/s 表現0℃時聲速;T表現溫度,單元℃。
在產業丈量中普通近似計較氛圍中超聲波聲速與溫度的干系以下:
           (3)
是以,能夠經由進程在液位計上裝置溫度傳感器及時丈量溫度,并操縱公式(3)中給定的溫度與聲速的干系,便利的換算作聲速值。可是,現實上聲速又不只僅受溫度影響,還與氣體密度、氣壓、溫度、氛圍中的懸浮物等諸多身分有關。是以,在現實操縱中僅操縱丈量溫度的體例對聲速遏制標定另有很多缺乏,且在溫度丈量進程中會存在必然的偏差,是以溫度彌補體例只合用普通操縱,沒法知足高精度丈量。
 
   2:實測聲速彌補
由公式(1)可知,超聲波的傳布時候是液位計丈量的中間成果,操縱超聲波液位計丈量液位,還必要曉得超聲波在氛圍中的傳布速率,是以對超聲波傳布速率取值精度將極大地影響到超聲波的丈量精度。
    理論證實,不管是操縱何種經歷公式和經歷數據對聲速遏制彌補,城市因為丈量環境的龐雜性和丈量體例等身分發生新的偏差。是以操縱實測聲速的體例遏制聲速彌補被以為是最靠得住的彌補體例。
如圖2所示,在發射探頭前端裝置一個擋板,擋板與探頭構成一個間隔牢固的聲程區間,該布局稱之為聲程架當探頭領受到反射波后,計較從發射到領受的時候,操縱公式(4)計較聲速:                  (4)
此中,L為聲程架的聲程長度;t為聲波傳布時候。
實測聲速彌補道理圖
 
操縱實測聲速體例遏制彌補,因為彌補聲波與丈量聲波傳布途徑所處的環境極其近似,所受的環境影響也根基分歧,其聲速凡是也較靠近,以是這類體例是今朝操縱最精準的聲速批改體例。可是在這類體例的操縱中,聲程架應選用高溫度縮短系數的資料,以防止環境溫度變更影響聲程架發生熱脹冷縮,使得聲程間隔L發生轉變,影響實測聲速精度。
 
   3:渡越時候偏差
聲波是縱向振動的彈性機器波,它借助傳布介質的份子活動而傳布。因為傳布介質的領受、散射和聲波的分散等身分,致使聲波、聲強削弱,發生聲波衰減。并且液位計的丈量必要在被測頁面上構成一次聲波反射,這一樣會引發聲波的衰減。聲波是按傳布間隔的指數紀律衰減的,當液面高度差別時,聲波的傳輸間隔也不不異,其領受波的幅度也有會較大的差別。
領受到的超聲波脈沖顛末縮小過濾后,其波形如圖3所示。探頭發射超聲波時體系起頭計時,當領受旌旗燈號的幅度跨越設定的閾值時遏制計時。液位高度比擬低時,領受旌旗燈號的幅度比擬小,能夠必要在第4個波峰處能力到達閾值;在液面高度比擬高時,領受旌旗燈號幅度比擬大,能夠在第3個乃至更早就能夠到達閾值。如許遏制計時的時候就不是必定的。這類不必定性必然會給體系丈量精度帶來偏差。比方,當超聲波頻次為40KHZ時,若是遏制計時旌旗燈號相差一個波形,那末計不時候就會相差125us,若是聲速此事為340m/s,則液面高度就會相差42.5mm,這個偏差若是操縱到石化部分1000m³以上的儲油罐上,將會發生很可觀的絕對偏差,以是必須消弭。
領受波檢測表示圖
今朝比擬簡略的消弭渡越時候偏差的體例是增添時候節制電路(TGC),操縱TGC電路彌補聲波在傳布進程中衰減,使在各類液面高度環境下,領受波的幅度根基堅持分歧,從而盡可能削減丈量偏差。可是,這類體例仍是具備較大范圍性。該體例必要預知差別液位高度聲波的傳布時候,和在這段間隔內聲波的衰減量,而后將二者的對應干系擬制出一條曲線,并設想出合適這一曲線方程的時候增益節制電路。按照后面的闡發,此中,較為首要的兩個身分-傳布時候和衰減量,易受現場環境影響,而不能與事前擬制的曲線很好的符合。并且,即便擬合的曲線非常切確,也難以設想出與之完整符合的TGC電路。由此,在彌補中新的偏差引入也就在所不免了。
     要完整消弭渡越時候偏差,領受電路能夠接納如圖4所示情勢。旌旗燈號的變更進程如圖5所示,圖5(a)為進過前置預處置領受旌旗燈號,顛末直流檢波后提掏出旌旗燈號的包絡如圖5(b)所示,將包絡遏制微分處置如圖5(c)所示。經由進程旌旗燈號的變更進程能夠看出,不管旌旗燈號的幅度若何,其包絡的峰值必定處于領受旌旗燈號的時候中間點上,即微分旌旗燈號的過零處。是以,過零檢測電路發生的遏制計時旌旗燈號必然處于回波旌旗燈號的時候中間點,不會因旌旗燈號的幅度而轉變,是以,渡越時候偏差也就完整消弭了。
旌旗燈號變更圖
 
   4:體系偏差
體系偏差首要因為體系時延發生的,體系時延的首要來歷是硬件電路時延、單片機的間斷呼應時延、探頭呼應時延等。因為超聲波液位計任務于脈沖反射狀況,單片機每次收回發射號令后,發射功能電路要顛末逐一個能量積蓄的進程能力到達發射狀況,同時探頭內的壓電陶瓷也有一個起振進程要到達40KHZ的振動頻次也必要一按時候。而計時倒是從發射定名收回起頭的,是以這個體系時延必必要予以斟酌,并在軟件上遏制彌補。別的,超聲波丈量液位時,液位間隔都是探頭前端外表到液面,現實上壓電陶瓷聲學中間并不是在其外表上。是以,在探頭外表到聲學中間點的間隔,也會引發體系偏差,這個偏差能夠和時延偏差歸為一類,并統一批改。
     對統一型號或批次的液位計,因為所用的元件、資料、工藝等都一樣,其體系時延也相差無幾,并且是一個比擬牢固的值。是以,能夠經由進程絕對牢固間隔丈量的體例,標定并批改體系時延。設S1、S2為兩個已知的牢固間隔,t1、t2為在這個間隔遏制標按時丈量時候,此中含有不異的體系時延Δt,即聲波來回于兩個間隔時所用的現實時候別離為:t1-Δt和t2-Δt。則有:
S1=V*(t1-Δt)               (5)
S2=V*(t2-Δt)               (6)
由公式(5)和公式(6)可得:
                  (7)
將實測的S1、S2、t1、t2代入公式(7)中,求得Δt,再將體系軟件中的丈量成果用Δt批改,則能夠消弭體系時延偏差。
 
總結:
    以上是對超聲波液位計丈量中幾種首要偏差遏制闡發,并提出了批改體例,接納以上批改體例的液位計,在丈量精度大將會有比擬大的進步。

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