温度对超声波传播速度有什么影响

问题描述

精选答案

温度越高超声波传播速度越快，超声波传播的速度还取决于传播介质的密度大小，一般密度越大也会越快，不过这些影响超声波传播速度的因素也会相互影响的，要综合考虑。超声波测距误差分析和减小方法：

根据超声波测距公式L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。

时间误差

当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s (20℃室温)，忽略声速的传播误差。测距误差s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s 即2.907ms。在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用89C51定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。

超声波传播速度误差

超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系，如表1所示。

已知超声波速度与温度的关系如下：

式中： r —气体定压热容与定容热容的比值，对空气为1.40，

R —气体普适常量，8.314kg·mol-1·K-1，

M—气体分子量，空气为28.8×10-3kg·mol-1，

T —绝对温度，273K+T℃。

近似公式为：C=C0+0.607×T℃

式中：C0为零度时的声波速度332m/s；

T为实际温度(℃)。

对于超声波测距精度要求达到1mm时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度0℃时超声波速度是332m/s, 30℃时是350m/s，温度变化引起的超声波速度变化为18m/s。若超声波在30℃的环境下以0℃的声速测量100m距离所引起的测量误差将达到5m，测量1m误差将达到5mm。而LM92温度传感器的温度测试分辨率为0.0625℃，-10℃至+85℃准确度为±1.0℃，I2C总线接口。用89C51的通用I/O端口能很容易的模拟I2C总线的读写时序，LM92的高精度温度测量能很好的补偿超声波在不同温度的传播速度。

超声波测距原理

超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。测距的公式表示为：L=C×T

式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。

由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。

其他回答

建造师课件中心

超声波在空气中的传播速度与温度、压力等因数有关，其中温度的影响最大。超声波在空气中的传播速度V，随温度变化的关系式如下，

（T为摄氏温度）；

当温度为20℃时，V约为334m/s，当温度为30℃时，V约为349m/s，在温度相差10℃时声速变化了6m。假设测量0.5m外的物体，此时超声波将传播1m。如不考虑温度对传播速度的影响，两次测量结果相差3cm。

可见，温度对波速的影响在精确度要求比较高的测量场合是必须被考虑的。这时就要对温度进行补偿，一般可通过测温元件或一线式数字温度传感器来进行补偿，以提高测量精度

一般采用：

热敏电阻补偿、

DS18B20 补偿

其他回答

考研同行者

在空气中,常温下超声波的传播速度是334m/s,但其传播速度受空气中温度、湿度等因素的影响,其中受温度影响较大,必须要对温度进行测量和补偿,考虑到环境温度对超声波传播速度的影响，通过温度补偿的方法对传播速度予以校正，以提高测量精度 。

其他回答

建造师课件中心

温度越高超声波传播速度越快，超声波传播的速度还取决于传播介质的密度大小，一般密度越大也会越快，不过这些影响超声波传播速度的因素也会相互影响的，要综合考虑。

超声波指向性强,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,被广泛应用于建筑施工,车距测量,管道测量等场合.根据超声测距的原理,探讨温度对测量精度的影响.说明了温度补偿的必要性,并给出采用热敏电阻与DS18B20的补偿方法.