超聲波液位計自動校正液位的探討  三十

6 試驗結果及分析

6.1 誤差分析

從測量誤差公式 可知，超聲脈沖反射式液位測量精度如何，其一取決于對傳聲介質中速度變化的處理方法；其二取決于對回波傳播時間間隔t(包括校正回波傳播時間間隔T1、T2、T3、T4 和液面回波傳播時間間隔T)測量。

校正塊位置H1、H2、H3、H4 和系統時間偏差T0(只與換能器的響應滯后有關)通過多次試驗進行標定，精確標定后中認為其誤差相對于實際測量中的回波時刻誤差可忽略不計。

從校正塊的布置方式可知，在不同的液位條件下，參與速度自校正的校正塊數量不一樣。因為(L/Hi)>1，由上述分析可見引起本系統測量誤差的主要來源是校正距離Hi 的誤差

Ht σ 被放大了(L/Hi)倍，因此選用并分配合適校正距離Hi 是減小測量誤差的途徑。

(1) 當液位低于第一個校正塊時：L<Hi，沒有校正塊起校正作用，所以需要一個預設的常溫常壓條件下超聲速度c0。一般來說，同一介質的超聲速度在c0±5%的范圍內變化。因此選用H1=15mm，和預設速度c0，可得到H1 以下液位測量誤差σ L < H1×5% = 0.75mm。

(2) 當液位處于不同位置類型，分別使得一個、兩個、三個或更多校正塊起作用時，保證各類型的測量上限處H2、H3、H4、Lmax 的測量誤差大致相等就是一種合理的選擇。

6.2 試驗結果

該測量儀安裝完好后，經標定實驗確定校正塊位置 H2 和系統時間偏差H2 的精確值分別為： H1=15.12mm 、H2=50.18mm 、H3=200.25mm 、H4=750.85mm ；T0=28Ts=1.75us，Ts 為采樣周期Ts=(1/16)us。為驗證動態自校正超聲液位測量系統的研究和實現效果，用以下兩個實驗的數據來說明問題。

6.2.1 自校正實驗

環境溫度變化在 10℃到36℃之間，在一個垂直放置的長1.5m 玻璃管中測量航空煤油液面高度，每次液面高度變化5mm。

6.2.2 溫度影響實驗

將介質加溫至 60℃，讓其自然冷卻至環境溫度10℃，用自校正超聲液位測量儀定時測量液位，同時用溫度計測量介質溫度，用鋼尺衡量液位并保持液位不變，從試驗結果可見，介質溫由60℃下降至11℃，溫度變化了49℃，測量結果最大誤差為0.2 mm(絕對值)，這表明自校正方法的確能適應由溫度產生的速度變化。

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