超声波液位计的声速校正

要想通过测量超声波传播时间确定液位，声波传播速度。必须恒定.实际上，声波传播速度在不同介质中都不一样，如在0℃时，空气中声波传播速度约为331 m/s，在水蒸气中为404m/s，而在氢气中将为1269m/s。即使在同一介质中，温度不同也有不同的传播速度，例如前边讲到0℃时空气中的声速为331 m/s，而当温度为100℃时速度增加到387m/s。因此为了能准确使用电磁流量计测量液位，必须对温度进行修正。在这里一般不能采用简单的温度补偿，因为对于测量液位来讲，温度是一个范围很大的分布参数，不能用某个点的温度对实际上随机的温度场进行校正。
　　下边介绍两种经常采用的校正方法.
　　1.用校正具校正声速
　　校正具是在传声介质中，相隔一个固定距离Lo处安装一个探头一反射板系统，用以测出实际声速。对液介式超声波液位计校正具应安装在液体介质zui低处，以防止液面变化时露出液面。对于气介式液位计，校正具应放在容器顶端的容器中。
　　为了解决由于密度、成分、温度分布不均匀产生的一些误差问题，对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低处的可动转轴上，另一端与浮在液面上的浮子相。在液面高度变化时，在浮子的带动下，校正具将围绕下边的固定轴转动。应用了上述装置，就使得校正段随液面的变化也在变化，使校正段基本包括了液面不同高度上的温度梯度及密度梯度，通过这种方法求出的声速。就非常接近于测量段的实际声速，可以得到较高的校正精度。应当指出，这种的校正具虽有它的优点，但其缺点是安装不方便，另外也要求容器直径(或长度)要大于液面的可能高度。
　　2.用固定标记校正声速
　　这种校正方法是在声波传播介质中，靠近探头的侧面的上方，每隔一定距离(如lm)放一个小反射板。这样布置了反射板以后，在探头接收到的回波信号中就包含有从小反射板反射回来的回波。如果相距每1m安一个反射板，则每个回波就代表了1m距离，例如液面高度为3750mm，则在输出波形中将有三个完整的标记回波即表示3m距离，zui后一个回波是液面波，它不足于1m (750mm)。显然整数部分(3m)是用固定距离标定的，只有长度标定误差(实际可以很小)，余下的不足1m的长度仍应按测时换算求出。假如这不到1m的距离不加修正可以满足测量精度要求，就可以不再采取其他措施了。在有些情况下，精度要求较高时，这1m距离测量产生的误差已不允许，则可考虑对余数部分再采用校正方法校正，这样可以得到比较满意的精度。
　　从声速校正角度来看，采用液介式液面计似乎更好一些。因为气介式做到准确的声速校正是很困难的，影响气体中声速因素很多，如气体成分影响，在液面上部的水蒸气一般较多，对千其他液体也同样存在挥发的蒸汽，其余量随压力、温度变化，而且愈接近液面变化愈显著，校正具离开液面较远时，校正误差会很大。其次是温度，在靠近液面处与远离液面上方气体的温度可以相差很大，这样将形成明显的声速梯度。总之，成分、温度、压力对声速都有影响，而且这些因素又往往互相牵连，这样对校正又增加了很多困难。
　　对于液体主要是温度影响，一般温度梯度要较在气体中小些，在通常情况下，不加校正精度也可达百分之一左右，如采用前边介绍的一些校正方法，精度可优于千分之一。
　　综上所述，一般在被测液体挥发性不强，气体、温度较均匀、压力变化不太大时可以采用气介式，除此之外，一般多认为液介式优越。
　　还应指出，除气介式和液介式液位计以外，还有固介式，即用固体传声，把传声棒插人液体中，把探头装在传声棒上端。当声波经传声棒传到液体表面时，又有反射波沿传声棒传回。从声速校正角度看，固介式*，因为气体、液体成分变化几乎对声速没有影响，温度变化对固体中之声速影响也较小，固体(如金属)导热性好，不易形成较大的温度梯度.总之，这一切都极有利于温度校正，但是由于固体声波传播较为复杂，同时存在几种不同速度的声波，造成很大干扰，信噪比很难提高，因此的测量精度也很难提高，所以一般很少用固介式方案。