超聲波液位計的安裝與校準實驗報告

一、實驗目的

掌握超聲波液位計的安裝規范，驗證其安裝位置對測量精度的影響。

通過實驗室校準與現場校準結合的方式，評估設備在不同工況下的測量準確性。

驗證溫度補償、聲速校準及渡越時間誤差修正等關鍵參數對測量結果的影響。

二、實驗設備

超聲波液位計（量程0-10m，盲區0.3m）

標準容器（內徑1m，高度2m，刻度精度±1mm）

溫度傳感器（量程-20℃~100℃，精度±0.5℃）

聲速模擬器（可生成固定聲程的反射信號）

萬用表（用于4-20mA信號校準）

三、實驗步驟

（一）安裝前準備

環境評估

確認安裝位置無強電磁干擾、振動源或粉塵。

測量環境溫度25℃，濕度60%，氣壓101.3kPa。

容器準備

使用標準容器，液位高度范圍0.5m~9.5m，分10檔調節。

容器內壁打磨至Ra≤3.2μm，涂抹硅脂后安裝探頭。

（二）安裝實施

安裝位置選擇

探頭垂直對準液面，避開進料口及攪拌器。

安裝高度：探頭下緣距液位1.2m（盲區余量0.9m）。

固定與接線

使用扳手緊固探頭，扭矩15N·m。

電纜向下彎曲并穿防水接頭，供電與信號線分離布線。

（三）校準實驗

零點校準（空罐）

容器液位降至0.5m（量程），輸入實際液位值0.5m，校準零點誤差。

滿量程校準

液位升至9.5m，輸入實際值9.5m，校準滿量程誤差。

聲速校準

自動補償：啟用溫度傳感器，記錄25℃下聲速346.2m/s（理論值346.1m/s）。

手動校準：在5m液位處，調整聲速值至346.3m/s，使測量值與實際值一致。

渡越時間誤差修正

使用TGC電路補償聲波衰減，液位5m時接收信號幅度從3.2V提升至4.8V。

包絡微分法驗證：過零檢測電路使計時信號穩定在回波中點，誤差≤±1mm。

（四）重復性與線性驗證

重復性測試

在5m液位處連續測量10次。

五、結論與建議

結論

超聲波液位計的安裝位置、聲速校準及渡越時間誤差修正對測量精度至關重要。

通過實驗室與現場校準結合，可實現±1mm級精度，滿足高要求工況。

建議

露天安裝時加裝防雨罩，避免探頭表面結露。

定期清理探頭表面污垢，每6個月進行一次聲速校準。

對湍流或泡沫工況，建議采用動態阻尼算法優化響應速度。