超聲液位計，根據超聲波從發射至接收到液面回波所需時間與液面高度成比例的關系制成的液位測量儀器。主要由產生超聲波的換能器、接收超聲波的換能器和時間間隔檢測電路等組成。根據傳播介質的不同,分氣介式、液介式和固介式三類;依據換能器不同的工作方式,又分自發自收的單探頭方式和收發分開的雙探頭方式。
在單探頭方式中,由于發射脈沖有一定寬度,該段時間內無法辨識回波,這段時間所對應的距離稱“測量盲區”。水利水電工程中普遍使用氣介式單探頭方式的回波式超聲液位計,特點是安裝維護方便,環境適應能力強。隨著微處理器技術的不斷發展,各種帶有溫度補償和虛假回波辨識的智能化、一體化超聲液位計在工程應用中越來越受到重視。測量分辨率3毫米,量程幾米到幾十米,準確度0.25級,測量盲區0.25米。
隨著工業自動化水平的迅速提高，超聲波液位計作為工業生產中液位測量的重要測試和控制手段，已經廣泛應用于各種容器和管道，以及水庫、河流和運河中。無論在哪里使用，都對液位計的測量精度提出了越來越高的要求。超聲波液位計廣泛應用于液位測量。然而，超聲波液位計的測量精度容易受到溫度、濕度、粉塵、被測液體的化學成分等多種因素的影響，導致其測量精度較低。本文分析了超聲波液位計測量中可能出現的一些誤差，并提出了相應的補償措施。
超聲波液位計一般采用接收和發射相結合的陶瓷超聲換能器，聲波的發射和接收由同一探頭完成。探頭向被測液體表面發射超聲信號，并且超聲波通過傳播介質從探頭傳播到被測液體表面，在液體表面上形成反射，并且反射波沿著原始路徑傳播到探頭并被探頭吸收。計時單元測量超聲波從發射到接收回波所用的時間。根據聲波在空氣中的傳播速度，可以計算出探頭到液面的距離，進而得到液面的高度。
根據距離值S、聲速c與傳輸時間T之間的關系式S=CT/2，可以看出超聲波的傳輸時間是液位測量的中間結果。使用超聲波液位計測量液位時，需要知道超聲波在空氣中的傳播速度，因此超聲波傳播速度的準確性將極大地影響超聲波液位計的測量精度。
一般來說，溫度是影響聲速的主要因素。通過在超聲波液位計上安裝溫度傳感器，可以實時測量溫度，利用溫度和聲速之間的關系可以轉換聲速值。然而，事實上，聲速不僅受溫度的影響，還與許多因素有關，如氣體密度、氣壓、濕度、空氣中的懸浮固體等。因此，在實際應用中，僅用測溫的方法來標定聲速還有很多缺點，而且在測溫過程中存在一定的誤差，因此溫度補償方法只適用于一般應用，不能滿足高精度測量的要求。
聲波是一種縱向振動的彈性機械波，通過傳播介質的分子運動來傳播。由于傳播介質的吸收、散射和聲波擴散，聲強、聲壓和聲能減弱，聲波衰減。另外，超聲波液位計的測量需要在被測液體表面形成聲波反射，這也會造成聲波的衰減。聲波按照傳播距離的指數規律衰減。當液位不同時，聲波的傳播距離也不同，接收波的振幅也大不相同。當探頭發射超聲波時，系統開始計時，當接收信號的幅度超過設定的閾值時，系統停止計時。當液位高度改變時，接收信號的幅度也會改變。當液位較低時，接收信號的幅度較小，可能需要在第四個峰值達到閾值;當液位較高時，接收信號的幅度較大，可能在第三個或更早的時間達到閾值。這樣，停止計時的時間是不確定的，這種不確定性必然會給系統的測量精度帶來誤差。如果將這一誤差應用于1000米以上的儲油罐，將會產生非?？陀^的絕對誤差，因此必須予以消除。
目前，消除渡越時間誤差的一種簡單方法是增加一個時間控制電路(TGC)，它可以補償聲波在傳播過程中的衰減，使接收到的波的振幅在各種液位下基本一致，從而使測量誤差最小化。然而，這種方法仍然有很大的局限性。在該方法中，需要預測聲波在不同液位高度的傳播時間和聲波在該距離的衰減，然后繪制它們之間對應關系的曲線，并設計符合該曲線方程的時間增益控制電路。
根據前面的分析，傳播時間和衰減是兩個重要的因素，容易受到現場環境的影響，不能很好地與預先準備好的曲線相匹配。此外，即使擬合曲線非常精確，也很難設計出與其完全一致的TGC電路。因此，在補償中引入新的誤差是不可避免的。為了徹底消除渡越時間誤差，接收電路的信號變換過程是對接收信號進行預處理，經過DC檢測后提取信號的包絡，并對包絡進行微分。通過信號變換過程，不管接收信號的幅度如何，其包絡的峰值必須在接收信號的時間中心點，即在差分信號的過零點。因此，由過零檢測電路產生的停止定時信號必須在回波信號的時間中心點，并且不會由于信號的幅度而改變，從而完全消除了渡越時間誤差。
