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超声波传感器知识(第四部分):测量精度的影响

超声波传感器在严寒环境下
在工业应用中,-25°C 到+70°C 的工作范围下,超声波传感器可以实现1% 到 3%的绝对精度。

对于超声波传感器,测量精度通常是指模拟输出的测量值的绝对精度。基于回波传输时间,超声波传感器的测量精度依靠数个物理参数。这些参数通常与空气和内部偏差相关。

环境影响

空气温度

空气温度对超声波传感器的测量精度有很大的影响。超声波脉冲的回波的传播时间被测量后,传感器用声速计算到目标物的距离。然而,由于空气温度的改变,声速每Kelvin改变0.17%. 几乎所有的倍加福超声波传感器都有一个温度探测器来弥补这种影响。这个探测器测量环境温度,传感器修正测量值的相关温度偏移(详见温度补偿)。

湿度

在室温和较低的温度下,湿度对声速的影响可以忽略不计。然而,在高温下,声速随着湿度的增高而增高。

气压

声速在海平面和3000米海拔高度传播时下降不到1%。指定位置的大气波动可以忽略不计,对声速的影响是难以衡量的。

气流

如果目标物有标准反射板的反射特性,一般气流(风)7kn(50-61.5 km/h)对超声波测量没有影响。暴风雨天气或者飓风可能导致不稳定的测量(信号衰减)。关于声速的变化,没有得出常规的结论。这是因为气流方向和气流速度时常改变。举个例子,特别是热的目标物,比如炙热的金属,可以引起严重的空气扰动。超声波可以是分散的或者偏离的,没有可测量的回波返回。

漆雾

漆雾对超声波传感器的工作没有明显的影响。然而,雾不允许堆积在工作中的换能器表面,以免影响换能器的敏感度。

外部噪音

外部噪音和被测目标物的回波是不同的,通常不会引起误判。如果干扰源与超声波传感器有同样的频率,内部噪音的振幅一定不会超过目标回声的振幅。举个例子,当用石头填满一个筒仓时,这种事情会发生。

气体类型

倍加福的超声波传感器是为在大气中工作所设计的。在其他气体中工作(如二氧化碳中)会导致严重的测量错误或甚至全部的功能损失,由于声速的偏差和衰减。

 

温度补偿

超声波传感器使用回波传输时间的方法原理,即测量超声波脉冲发出和测得回波的时间间隔。超声波传感器通过声速来计算目标物的距离。当声音在空气中传播时,声速在室温下大概是344 m/s。然而。声速是依靠温度来改变的,每升高一摄氏度改变约17%。倍加福大多数的超声波传感器可以在-25° C到+70° C的温度范围工作。

没有温度补偿和100厘米的测量距离,20° C的温度改变会导致在70° C时-8.5厘米的误差和在-25° C时+7.65厘米的误差。

因此,大多数的超声波传感器配有温度探测器用于测量距离的修正。这个补偿可以在超声波传感器从-25° C 到+70° C工作范围内执行,并得到±1.5%的测量精度。


精度

精度/绝对精度指的是输出值和测量值之间的差异,测量值是由超声波传感器实际测量目标物的距离。 从实用性的角度来看,在工业应用中,在- 25°到+70° C的工作范围下,超声波传感器可以实现1% 到 3%的绝对精度。高精度可以在非常稳定的环境条件下实现。在这种情况下,可以关闭温度补偿。(使用编程工具)

另一种可能是使用超声波参考传感器。 这种方法涉及安装第二个同类型的传感器,与测量传感器平行,与固定的目标物对齐。如果在测量范围内的环境条件发生改变,到目标物的距离也会随着声速的改变而改变。测量值被错误的数值纠正。

 

现在开始可得:超声波传感器技术指导