超声波液位计自动校正液位的探讨  三十

6 试验结果及分析

6.1 误差分析

从测量误差公式 可知，超声脉冲反射式液位测量精度如何，其一取决于对传声介质中速度变化的处理方法；其二取决于对回波传播时间间隔t(包括校正回波传播时间间隔T1、T2、T3、T4 和液面回波传播时间间隔T)测量。

校正块位置H1、H2、H3、H4 和系统时间偏差T0(只与换能器的响应滞后有关)通过多次试验进行标定，精确标定后中认为其误差相对于实际测量中的回波时刻误差可忽略不计。

从校正块的布置方式可知，在不同的液位条件下，参与速度自校正的校正块数量不一样。因为(L/Hi)>1，由上述分析可见引起本系统测量误差的主要来源是校正距离Hi 的误差

Ht σ 被放大了(L/Hi)倍，因此选用并分配合适校正距离Hi 是减小测量误差的途径。

(1) 当液位低于第一个校正块时：L<Hi，没有校正块起校正作用，所以需要一个预设的常温常压条件下超声速度c0。一般来说，同一介质的超声速度在c0±5%的范围内变化。因此选用H1=15mm，和预设速度c0，可得到H1 以下液位测量误差σ L < H1×5% = 0.75mm。

(2) 当液位处于不同位置类型，分别使得一个、两个、三个或更多校正块起作用时，保证各类型的测量上限处H2、H3、H4、Lmax 的测量误差大致相等就是一种合理的选择。

6.2 试验结果

该测量仪安装完好后，经标定实验确定校正块位置 H2 和系统时间偏差H2 的精确值分别为： H1=15.12mm 、H2=50.18mm 、H3=200.25mm 、H4=750.85mm ；T0=28Ts=1.75us，Ts 为采样周期Ts=(1/16)us。为验证动态自校正超声液位测量系统的研究和实现效果，用以下两个实验的数据来说明问题。

6.2.1 自校正实验

环境温度变化在 10℃到36℃之间，在一个垂直放置的长1.5m 玻璃管中测量航空煤油液面高度，每次液面高度变化5mm。

6.2.2 温度影响实验

将介质加温至 60℃，让其自然冷却至环境温度10℃，用自校正超声液位测量仪定时测量液位，同时用温度计测量介质温度，用钢尺衡量液位并保持液位不变，从试验结果可见，介质温由60℃下降至11℃，温度变化了49℃，测量结果最大误差为0.2 mm(绝对值)，这表明自校正方法的确能适应由温度产生的速度变化。

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