淺析影響超聲波液位計測量精度的因素

超聲波液位計是一款適用于各種槽池的連續性液位測量?jì)x表，應用頗為廣泛。但在實(shí)際應用中，受各種因素的干擾，有時(shí)會(huì )出現測量不準的情況。為更好地進(jìn)行液位測量，本文擬淺析影響超聲波液位計測量精度的因素，希望對用戶(hù)有所幫助。

根據超聲波液位計的工作原理，超聲波液位計是由超聲換能器（探頭）發(fā)出高頻超聲波脈沖，超聲脈沖遇到被測液位表面時(shí)，該脈沖便被反射回來(lái)，部分反射回波被換能器重新接收，轉換成電信號。因此可見(jiàn)，儀表的測量環(huán)境和儀表電路的聲電轉換能力都會(huì )對超聲波的測量精度造成影響。

超聲波脈沖以聲波速度傳播，超聲波脈沖從發(fā)出到接收所需時(shí)間間隔與換能器到被測介質(zhì)表面的距離成正比。此距離值S與聲速C和傳輸時(shí)間T之間的關(guān)系，用公式表示：S=C×T/2。根據超聲波的聲波傳輸特性，超聲液位計應用的理想工況為平靜的液體表面，如果液面起伏不定或者呈波浪狀，超聲波探測對于實(shí)際液位的測量就會(huì )出現誤差，這就需要內部電路對測量信號進(jìn)行算法優(yōu)化，以反饋真實(shí)的液位。

根據上述原理，在實(shí)際應用中，影響超聲波液位計測量精度的影響因素主要有：

一、液面波動(dòng)較大的工況

在一些帶攪拌或者較為動(dòng)態(tài)的液位環(huán)境中，由于液位水平呈動(dòng)態(tài)起伏和不確定性變化，會(huì )導致超聲波液位計的測量精度大大降低。為此，要實(shí)現精確測量，則需要在硬件和軟件上對儀表的魯棒性（魯棒性大致相當于穩定性）進(jìn)行提高。

1．在硬件方面，采取高效嚴謹的信號濾波電路來(lái)過(guò)濾掉測量時(shí)超聲波信號接觸復雜的液體表面而產(chǎn)生的次波雜波。

2．在軟件方面，加入延時(shí)平均算法能夠使儀表更好地適應復雜且動(dòng)態(tài)變化的工況。

二、錯誤的儀表安裝方式

安裝方式不正確，易致測量精度下降。如圖所示，由于在安裝時(shí)，超聲波換能器的方向沒(méi)有與液面保持垂直，會(huì )導致測量距離大于液位的實(shí)際距離。

三、溫度傳感器

眾所周知，聲波在空氣介質(zhì)中的傳播速度會(huì )受到溫度的影響。而超聲波作為聲波的一種，其傳播速度也同樣受溫度的影響。所以在設計超聲波換能器的時(shí)候，通常會(huì )在探頭里面嵌入一個(gè)溫度傳感器，從而對環(huán)境的溫度進(jìn)行監控，并在算法上對超聲波的聲速作補償。

由于溫度傳感器作為探頭的一部分被保護材料密閉的封裝在探頭里，受這種結構以及保護材料（這類(lèi)材料多為質(zhì)量大、導熱性低的材質(zhì)）的限制，可能導致探頭的溫度無(wú)法實(shí)時(shí)地跟隨環(huán)境溫度的變化而變化。比如，將超聲波液位計安裝于無(wú)遮擋的戶(hù)外，太陽(yáng)光的照射會(huì )使探頭持續升溫，而環(huán)境溫度并不會(huì )像探頭一般持續升溫，最終探頭里的傳感器所測溫度與環(huán)境的溫度會(huì )有較大差別，從而使測量精度受到影響。

計為超聲波液位計應用現場(chǎng)

四、環(huán)境因素

在環(huán)境因素中，除了第三點(diǎn)所說(shuō)的溫度因素的影響，空氣濕度、氣壓、氣流、不同的氣體介質(zhì)這些因素也會(huì )對聲波傳播速度有所影響，從而降低測量精度。