Principio de funcionamiento y calibración de errores del medidor de nivel ultrasónico (tipo superior)

En la medición del nivel de líquidos, el uso de medidores de nivel ultrasónicos es muy común. La influencia de varios factores como la temperatura, la humedad, el polvo y la composición química del líquido a medir puede fácilmente conducir a una baja precisión de medición. A continuación se analizan algunos errores que pueden ocurrir en la medición de medidores de nivel ultrasónicos y se proponen medidas de compensación correspondientes. 1. Principio de funcionamiento del medidor de nivel ultrasónico El medidor de nivel ultrasónico generalmente utiliza un transductor ultrasónico cerámico que integra transceptores, y la transmisión y recepción de ondas sonoras se completan mediante la misma sonda. La sonda transmite una señal ultrasónica a la superficie del líquido a medir, y la onda ultrasónica se propaga desde la sonda hasta la superficie del líquido a medir a través del medio de propagación, forma una reflexión en la superficie del líquido, y la onda reflejada se propaga hacia la sonda a lo largo de la trayectoria original y es absorbida por la sonda. La unidad de temporización mide el tiempo que tarda la onda ultrasónica en ser recibida desde el momento en que se transmite hasta el eco. Según la velocidad de propagación de la onda sonora en el aire, se puede calcular la distancia desde la sonda hasta la superficie del líquido, obteniendo así la altura de la superficie del líquido. 2. Errores comunes y métodos de calibración de medidores de nivel ultrasónicos 1) Error de precisión de la velocidad del sonido de referencia A partir de la relación entre el valor de distancia S, la velocidad del sonido C y el tiempo de transmisión T, la fórmula S=C×T/2 muestra que el tiempo de propagación de la onda ultrasónica es el medidor de nivel. Para los resultados intermedios de la medición, el medidor de nivel ultrasónico se utiliza para medir el nivel del líquido, y también es necesario conocer la velocidad de propagación de la onda ultrasónica en el aire. Por lo tanto, la precisión del valor de la velocidad de propagación ultrasónica afectará en gran medida la precisión de la medición del medidor de nivel ultrasónico. • Compensación de temperatura En general, la temperatura es el factor principal que afecta la velocidad del sonido. La temperatura se puede medir en tiempo real instalando un sensor de temperatura. sensor En el medidor de nivel ultrasónico, el valor de la velocidad del sonido se puede convertir utilizando la relación entre la temperatura y la velocidad del sonido. Sin embargo, de hecho, la velocidad del sonido no solo se ve afectada por la temperatura, sino que también está relacionada con muchos factores como la densidad del gas, la presión del aire, la humedad y la materia en suspensión en el aire. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, todavía existen muchas deficiencias en la calibración de la velocidad del sonido utilizando solo el método de medición de temperatura, y también habrá ciertos errores en el proceso de medición de temperatura. Por lo tanto, el método de compensación de temperatura solo es adecuado para aplicaciones generales y no puede cumplir con los requisitos de medición de alta precisión. •Compensación de la velocidad del sonido en tiempo real La práctica ha demostrado que debido a la influencia de factores como la complejidad del entorno de medición y los métodos de medición, no importa qué fórmula empírica y datos empíricos se utilicen para compensar la velocidad del sonido, es necesario introducir nuevos errores. Por lo tanto, se considera que el método de compensación más confiable es utilizar el método de velocidad del sonido medida para la compensación de la velocidad del sonido. Como se muestra en la figura, se instala un deflector en el extremo frontal de la sonda transmisora, y el deflector y la sonda forman un intervalo de trayectoria sonora con una distancia fija. Esta estructura se denomina marco de trayectoria sonora. Cuando la sonda emite ondas sonoras, el deflector refleja una parte de las ondas sonoras de vuelta a la sonda. Después de que la sonda recibe la onda reflejada, calcula el tiempo desde la transmisión hasta la recepción y calcula la velocidad del sonido. Se utiliza el método de velocidad sonora medida para la compensación. Debido a que la velocidad sonora compensada es muy similar al entorno donde se encuentra la trayectoria de propagación de la onda sonora medida, las influencias ambientales son básicamente las mismas y la velocidad del sonido suele ser relativamente cercana, por lo que este método es actualmente el método de corrección de velocidad sonora más preciso. Sin embargo, al utilizar este método, el marco de trayectoria sonora debe estar hecho de materiales con un coeficiente de dilatación térmica bajo para evitar la expansión y contracción térmica del marco de trayectoria sonora debido a los cambios en la temperatura ambiente, lo que alteraría la distancia de la trayectoria sonora y afectaría la precisión de la velocidad sonora medida. 2) Error de tiempo de tránsito La onda acústica es una onda mecánica elástica de vibración longitudinal, que se propaga por el movimiento molecular del medio de propagación. Debido a la absorción, dispersión y difusión de las ondas sonoras del medio de propagación, la intensidad del sonido, la presión sonora y la energía sonora se debilitan, y se produce la atenuación de la onda sonora. Y la medición del medidor de nivel ultrasónico necesita formar una reflexión de la onda sonora en la superficie del líquido medido, lo que también causará la atenuación de la onda sonora. La onda sonora se atenúa de acuerdo con la ley exponencial de la distancia de propagación. Cuando el nivel del líquido es diferente, la distancia de transmisión de la onda sonora también es diferente, y la amplitud de la onda recibida también será bastante diferente. El sistema comienza a cronometrar cuando la sonda emite ondas ultrasónicas y detiene el cronometraje cuando la amplitud de la señal recibida supera el umbral establecido. Cuando el nivel del líquido cambia, la amplitud de la señal recibida también cambia. Cuando el nivel del líquido es relativamente bajo, la amplitud de la señal recibida es relativamente pequeña, y puede ser necesario alcanzar el umbral en el cuarto pico; Cuando el nivel del líquido es relativamente alto, la amplitud de la señal recibida es relativamente grande y puede alcanzar el umbral en el tercer umbral o incluso antes. De esta manera, el tiempo de parada del cronometraje no es seguro, y esta incertidumbre inevitablemente traerá errores a la precisión de medición del sistema. Si este error se aplica al tanque de almacenamiento de petróleo de más de 1000 m³, producirá un error absoluto muy objetivo, por lo que debe eliminarse. La forma simple de eliminar el error de tiempo de tránsito es aumentar el circuito de control de tiempo (TGC) y usar el circuito TGC para compensar la atenuación de la onda sonora durante el proceso de propagación, de modo que la amplitud de la onda recibida sea básicamente la misma bajo diversas condiciones de nivel de líquido, para minimizar el ruido. Pequeño error de medición. Sin embargo, este método todavía tiene grandes limitaciones. Este método necesita predecir el tiempo de propagación de la onda sonora en diferentes niveles de líquido y la atenuación de la onda sonora en esta distancia, y luego trazar una curva para la relación correspondiente entre ambos. Y diseñar un circuito de control de ganancia de tiempo que se ajuste a la ecuación de esta curva. Según el análisis previo, el tiempo de propagación y la atenuación son dos factores importantes que se ven fácilmente afectados por el entorno del sitio y no se ajustan bien a la curva predefinida. Además, incluso si la curva ajustada es muy precisa, es difícil diseñar un circuito TGC que se ajuste exactamente a ella.

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