Принцип работы и калибровка погрешности ультразвукового уровнемера (верхнего типа)

В измерении уровня жидкости широко используются ультразвуковые уровнемеры. Влияние различных факторов, таких как температура, влажность, пыль и химический состав измеряемой жидкости, может легко привести к низкой точности измерения. Ниже проанализированы некоторые ошибки, которые могут возникнуть при измерении уровня с помощью ультразвуковых уровнемеров, и предложены соответствующие меры компенсации. 1. Принцип работы ультразвукового уровнемера. Ультразвуковой уровнемер обычно использует керамический ультразвуковой преобразователь, в который интегрированы приемопередатчики, а передача и прием звуковых волн осуществляются одним и тем же зондом. Зонд передает ультразвуковой сигнал на измеряемую поверхность жидкости, и ультразвуковая волна распространяется от зонда к измеряемой поверхности жидкости через среду распространения, образует отражение на поверхности жидкости, а отраженная волна распространяется к зонду по исходному пути и поглощается зондом. Блок синхронизации измеряет время, необходимое для приема ультразвуковой волны от момента ее передачи до эха. В соответствии со скоростью распространения звуковой волны в воздухе можно рассчитать расстояние от зонда до поверхности жидкости, тем самым получив высоту поверхности жидкости. 2. Распространенные ошибки и методы калибровки ультразвуковых уровнемеров 1) Ошибка точности эталонной скорости звука Из соотношения между значением расстояния S, скоростью звука C и временем распространения T формула S=C×T/2 показывает, что время распространения ультразвуковой волны является временем распространения ультразвуковой волны, измеряемой уровнемером. Для получения промежуточных результатов измерения ультразвуковой уровнемер используется для измерения уровня жидкости, и необходимо также знать скорость распространения ультразвуковой волны в воздухе. Поэтому точность значения скорости распространения ультразвука будет существенно влиять на точность измерения ультразвукового уровнемера. • Температурная компенсация В целом, температура является основным фактором, влияющим на скорость звука. Температуру можно измерять в реальном времени, установив датчик температуры. датчик На ультразвуковом уровнемере скорость звука может быть преобразована с использованием соотношения между температурой и скоростью звука. Однако на самом деле скорость звука зависит не только от температуры, но и от многих других факторов, таких как плотность газа, давление воздуха, влажность и наличие взвешенных частиц в воздухе. Поэтому в практических приложениях калибровка скорости звука с использованием только метода измерения температуры по-прежнему имеет множество недостатков, и в процессе измерения температуры также возникают определенные ошибки. Следовательно, метод температурной компенсации подходит только для общего применения и не может удовлетворить требованиям высокой точности измерений. • Компенсация скорости звука в реальном времени. Практика показала, что из-за влияния таких факторов, как сложность измерительной среды и методов измерения, независимо от того, какие эмпирические формулы и эмпирические данные используются для компенсации скорости звука, возникают новые ошибки. Поэтому наиболее надежным методом компенсации скорости звука считается использование метода измерения скорости звука. Как показано на рисунке, на переднем конце передающего зонда установлен дефлектор, который образует звуковой путь с фиксированным расстоянием. Эта конструкция называется звуковой рамой. Когда зонд излучает звуковые волны, дефлектор отражает часть звуковых волн обратно к зонду. После приема отраженной волны зонд вычисляет время от передачи до приема и определяет скорость звука. Для компенсации используется метод измеренной скорости звука. Поскольку компенсированная скорость звука очень похожа на скорость звука в среде, где находится измеренный путь распространения звуковой волны, влияние окружающей среды в основном одинаково, и скорость звука обычно относительно близка, поэтому этот метод в настоящее время является наиболее точным методом коррекции скорости звука. Однако при использовании этого метода звуковая рама должна быть изготовлена ​​из материалов с низким коэффициентом теплового расширения, чтобы избежать теплового расширения и сжатия звуковой рамы из-за изменений температуры окружающей среды, что изменит расстояние звукового пути и повлияет на точность измерения скорости звука. 2) Ошибка времени прохождения. Акустическая волна — это упругая механическая волна продольных колебаний, распространяющаяся за счет молекулярного движения среды распространения. Из-за поглощения, рассеяния и диффузии звуковых волн в среде распространения интенсивность звука, звуковое давление и звуковая энергия ослабевают, и происходит затухание звуковой волны. При измерении уровня с помощью ультразвукового уровнемера необходимо образование отражения звуковой волны от измеряемой поверхности жидкости, что также вызывает затухание звуковой волны. Затухание звуковой волны происходит по экспоненциальному закону в зависимости от расстояния распространения. При изменении уровня жидкости расстояние распространения звуковой волны также меняется, и амплитуда принимаемой волны также будет значительно отличаться. Система начинает отсчет времени, когда зонд излучает ультразвуковые волны, и останавливает отсчет времени, когда амплитуда принимаемого сигнала превышает установленный порог. При изменении уровня жидкости амплитуда принимаемого сигнала также изменяется. Когда уровень жидкости относительно низкий, амплитуда принимаемого сигнала относительно мала, и пороговое значение может достигаться на четвертом пике; Когда уровень жидкости относительно высок, амплитуда принимаемого сигнала относительно велика и может достигать порогового значения на третьем или даже более раннем этапе. Таким образом, время остановки синхронизации не является определенным, и эта неопределенность неизбежно приводит к ошибкам в точности измерений системы. Если эта ошибка применяется к резервуару для хранения нефти объемом более 1000 м³, она приведет к очень объективной абсолютной ошибке, поэтому ее необходимо устранить. Простой способ устранения ошибки времени прохождения — это увеличение схемы управления временем (TGC) и использование схемы TGC для компенсации затухания звуковой волны в процессе распространения, чтобы амплитуда принимаемой волны была в основном одинаковой при различных уровнях жидкости, тем самым минимизируя шум и малую погрешность измерения. Однако этот метод все еще имеет большие ограничения. Этот метод требует прогнозирования времени распространения звуковой волны при различных уровнях жидкости и затухания звуковой волны на этом расстоянии, а затем построения кривой для соответствующей зависимости между ними и проектирования схемы управления коэффициентом усиления по времени, соответствующей уравнению этой кривой. Согласно предыдущему анализу, время распространения и затухание являются двумя наиболее важными факторами, на которые легко влияют условия окружающей среды и которые трудно точно согласовать с предварительно подготовленной кривой. Более того, даже если подобранная кривая очень точна, сложно разработать схему TGC, которая точно ей соответствует.

KAIDI — единственный производитель уровнемеров и сопутствующих товаров.

Чтобы узнать больше о преимуществах настраиваемого индикатора уровня, перейдите на страницу индикатора уровня Kaidi.

Уровнемер может применяться различными способами в качестве настраиваемого индикатора уровня.