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超聲波傳感器知識:測量精度的影響

環(huán)境影響

空氣溫度
空氣溫度對超聲波傳感器的測量精度有很大的影響。超聲波脈沖的回波的傳播時間被測量后,傳感器用聲速計算到目標(biāo)物的距離。然而,由于空氣溫度的改變,聲速每Kelvin改變0.17%. 幾乎所有的倍加福超聲波傳感器都有一個溫度探測器來彌補(bǔ)這種影響。這個探測器測量環(huán)境溫度,傳感器修正測量值的相關(guān)溫度偏移(詳見溫度補(bǔ)償)。
濕度
在室溫和較低的溫度下,濕度對聲速的影響可以忽略不計。然而,在高溫下,聲速隨著濕度的增高而增高。
氣壓
聲速在海平面和3000米海拔高度傳播時下降不到1%。指定位置的大氣波動可以忽略不計,對聲速的影響是難以衡量的。
氣流
如果目標(biāo)物有標(biāo)準(zhǔn)反射板的反射特性,一般氣流(風(fēng))7kn(50-61.5 km/h)對超聲波測量沒有影響。暴風(fēng)雨天氣或者颶風(fēng)可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的測量(信號衰減)。關(guān)于聲速的變化,沒有得出常規(guī)的結(jié)論。這是因?yàn)闅饬鞣较蚝蜌饬魉俣葧r常改變。舉個例子,特別是熱的目標(biāo)物,比如炙熱的金屬,可以引起嚴(yán)重的空氣擾動。超聲波可以是分散的或者偏離的,沒有可測量的回波返回。
漆霧
漆霧對超聲波傳感器的工作沒有明顯的影響。然而,霧不允許堆積在工作中的換能器表面,以免影響換能器的敏感度。
外部噪音
外部噪音和被測目標(biāo)物的回波是不同的,通常不會引起誤判。如果干擾源與超聲波傳感器有同樣的頻率,內(nèi)部噪音的振幅一定不會超過目標(biāo)回聲的振幅。舉個例子,當(dāng)用石頭填滿一個筒倉時,這種事情會發(fā)生。
氣體類型
倍加福的超聲波傳感器是為在大氣中工作所設(shè)計的。在其他氣體中工作(如二氧化碳中)會導(dǎo)致嚴(yán)重的測量錯誤或甚至全部的功能損失,由于聲速的偏差和衰減。
 

溫度補(bǔ)償

超聲波傳感器使用回波傳輸時間的方法原理,即測量超聲波脈沖發(fā)出和測得回波的時間間隔。超聲波傳感器通過聲速來計算目標(biāo)物的距離。當(dāng)聲音在空氣中傳播時,聲速在室溫下大概是344 m/s。然而。聲速是依靠溫度來改變的,每升高一攝氏度改變約17%。倍加福大多數(shù)的超聲波傳感器可以在-25° C到+70° C的溫度范圍工作。
沒有溫度補(bǔ)償和100厘米的測量距離,20° C的溫度改變會導(dǎo)致在70° C時-8.5厘米的誤差和在-25° C時+7.65厘米的誤差。
因此,大多數(shù)的超聲波傳感器配有溫度探測器用于測量距離的修正。這個補(bǔ)償可以在超聲波傳感器從-25° C 到+70° C工作范圍內(nèi)執(zhí)行,并得到±1.5%的測量精度。

精度

精度/絕對精度指的是輸出值和測量值之間的差異,測量值是由超聲波傳感器實(shí)際測量目標(biāo)物的距離。 從實(shí)用性的角度來看,在工業(yè)應(yīng)用中,在- 25°到+70° C的工作范圍下,超聲波傳感器可以實(shí)現(xiàn)1% 到 3%的絕對精度。高精度可以在非常穩(wěn)定的環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)。在這種情況下,可以關(guān)閉溫度補(bǔ)償。(使用編程工具)
另一種可能是使用超聲波參考傳感器。 這種方法涉及安裝第二個同類型的傳感器,與測量傳感器平行,與固定的目標(biāo)物對齊。如果在測量范圍內(nèi)的環(huán)境條件發(fā)生改變,到目標(biāo)物的距離也會隨著聲速的改變而改變。測量值被錯誤的數(shù)值糾正。



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