液位测量
液位测量方法与实践 (2)
采用冗余设计、故障诊断等技术，提 高液位测量系统的可靠性和稳定性， 保证长期稳定运行。
多参数与集成化
多参数
在液位测量中集成温度、压力、流速 等其他参数的测量，实现多参数测量 和监控，提高测量的全面性和准确性。
集成化
将多个测量系统集成在一个平台上， 实现资源共享和数据互通，提高测量 效率和管理水平。
在污水处理、水文监测等领域，液位 测量可以帮助监测和控制污染物排放， 保护环境。
在油品、液化气等物流运输领域，液 位测量是安全和计量的重要手段，能 够保证运输安全并准确计量货物量。
液位测量方法的分类
接触式测量
接触式测量方法是通过测量液位与容器底部或顶部之间的距离来计算液位高度。 这种方法需要直接接触液体，因此对于腐蚀性、有毒或高温等恶劣环境下的液 位测量具有一定的局限性。
液位测量方法与实践
• 引言 • 液位测量原理 • 液位测量实践 • 液位测量精度与误差分析 • 液位测量技术的发展趋势 • 结论
01
引言
液位测量的重要性
工业生产
在石油、化工、制药等工业生产过程 中，液位测量是关键的工艺参数之一， 对于确保产品质量、安全生产和节能 减排具有重要意义。
物流运输
环境保护
06
结论
总结液位测量的方法与实践
超声波液位测量法
利用超声波在空气中传播的特性，通过测量超声波从发射到接收的时间差来计算液位高 度。
雷达液位测量法
利用雷达发射电磁波并接收反射回来的信号，通过测量电磁波往返时间来计算液位高度。
总结液位测量的方法与实践
重力液位测量法
利用重力的原理，通过测量液体重力产 生的力矩来计算液位高度。
对未来液位测量的展望
第四章 液位测量1
储运仪表及自动化课件
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第四节 其它物位测量仪表 一、电容式物位计
1、测量原理 电容式物位计由电容液位传感器和测量电路组成。被测介质的物位通过 电容传感器转换成相应的电容量，利用测量电路测得电容的变化量，即可 间接求得被测介质物位的变化 ◇电容液位传感器：内外两个筒型电极组成同轴电容器，两电极间充满介电 系数为ε的被测介质时，传感器电容为：
1.浮球式液住计 开关应用：如果只用于液位的定点报警与控制，可以不用密封输出轴。只 是在与浮球相连的杠杆的末端，加一个磁钢，通过磁耦合的方式，带动容 器外的外磁钢，驱动电接点闭合或断开，就构成了浮球式液位发讯器。油 田及炼厂常利用浮球式液位发讯器对油水罐及其他设备进行液位的上、下 限报警。 2.磁翻转式液位计 用来测量有压容器或敞口容器内的液位， 不仅可以就地指示，还可以附加液位越 限报警及信号远传功能，实现远距离的 液位报警和监控。
一、恒浮力式液位计
1.浮球式液住计 其工作原理如图所示（外浮球式） ◇特点：可用于压力、温度高，高粘介质， 单只适用于小量程（300～500mm)。 ◇结构：浮球、连杆、密封输出轴、平衡锤。 形式有内浮球式、外浮球式两种。 ◇原理：力矩平衡原理（略）
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第二节 浮力式液位计 一、恒浮力式液位计
结论：弹簧位移量△x与液位变化H成比例关系。如果在浮筒的连杆上 安装一铁芯，通过差动变压器便可以输出相应的电信号，指示 出液位的数值。
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第二节 浮力式液位计 二、变浮力式液位计
2.扭力管式变送器 组成：由测量部分、转换部分两部分组成 1）测量部分：
浮筒1上的力，通过杠杆2被扭力管3的弹性力 所平衡。当液位低于浮筒下端时，浮筒的全 部重力w作用在杠杆上。此时作用在扭力管上 的扭力最大，扭力管产生的扭角最大（一般 约为7℃）。当液位上升为H时，浮筒的浮力 抵消掉一部分重力，作用在扭力管上的扭力 矩减小，扭力管的弹力使浮筒上升，则扭力 管扭转角减小。与扭力管3底端固定的芯轴4 顺时针偏转相同的角度。芯轴输出角位移量， 通过机械传动放大机构带动指针，便可以就 地指示出液位数值，并通过转换元件将此角 位移转换为电动信号输出，以适应远传和控 制的需要。电动转换机构将扭力管输出的角 位移转换成4～20mA的电流输出。电路框图如 图所示，主要由振荡器、涡流差动变压器、 解调器、直流放大器组成。
液位测量的原理
液位测量的原理
液位测量是指测量容器或管道中液体的高度或深度。
液位测量的原理根据不同的情况和要求可以有多种方法，下面将介绍几种常见的液位测量原理。
1. 浮子法：浮子法利用浮力原理进行液位测量。
在测量容器中放置一个浮子，浮子质量较轻，可以浮在液体表面上。
通过固定在浮子上的测量装置，可以测量出浮子的位置，从而确定液体的高度。
2. 压力法：压力法通过测量液体对传感器的压力来确定液位。
常用的压力法有压力变送器和毛细管法两种。
压力变送器将液体的压力转换为电信号，通过测量这个电信号可以确定液位的高度。
毛细管法是利用毛细管内液体的静压力来测量液位，根据液体静压力和毛细管的长度，可以计算出液位高度。
3. 振荡法：振荡法利用液位的变化来改变振荡器的频率或振幅，通过测量振荡信号的变化来确定液位的高度。
常见的振荡法有声波法和电容法两种。
声波法是利用超声波的传播速度受液体密度和温度的影响，通过测量超声波的传播时间来确定液位的高度。
电容法是将液体和电容器构成一个电容系统，通过测量电容的变化来确定液位的高度。
4. 导纳法：导纳法是利用液体对电流的导电能力来测量液位。
常见的导纳法有电导法和电阻法两种。
电导法是通过测量液体的电导率来确定液位的高度，电阻法是通过测量液体对电阻的影响来确定液位的高度。
这些液位测量原理各有优劣，选择适合的方法要根据实际情况来决定。
液位的测量原理
液位的测量原理
液位的测量原理通常可以分为以下几种常用的方法：
1. 浮子法：利用浮子在液面上漂浮或下沉的原理来测量液位。
浮子通常与液位计相连，当液位升高时，浮子随之上升；当液位降低时，浮子相应下沉。
通过观察浮子所处的位置，可以确定液位的高低。
2. 压力法：利用液体的静压力与液面高度之间的关系来测量液位。
通过将一个管道的一端浸没于液体中，并将另一端接入压力传感器，液体的压力可以通过传感器转化为电信号，从而测量液位的高度。
3. 振动法：利用液面导致振动频率改变的原理来测量液位。
传感器通常会产生特定频率的振动，当振动波传播到液体时，液体的密度改变会导致振动频率的改变。
通过测量传感器接收到的反射信号的频率，可以确定液位的高低。
4. 电容法：利用液体与电极之间的电容变化来测量液位。
电极可安装在液体表面或容器壁上，当液位改变时，液体与电极之间的电容会发生变化。
通过测量电极之间的电容值，可以确定液位的高低。
以上是几种常见的液位测量原理，不同的应用场景会选择不同的测量方法来实现液位的准确测量。
第七章 液位测量
K X H A
•
变浮力物位检测方法实质上就是将液位转 换成敏感元件浮筒的位移变化。可应用信号变 换技术进一步将位移转换成电信号，配上显示 仪表在现场或控制室进行液位指示和控制。图 7-12是在浮筒的连杆上安装一铁芯，可随浮筒 一起上下移动，通过差动变压器使输出电压与 位移成正比关系，从而检测液位。
P PB PA Hg
PA
PB
H
图7-1 静压式液位计原理
当容器为敞口时，则P0为大气压，上式变为：
p P P0 Hg
二、压力表测量液位计
当压力仪表与取压点(零液位)不在同一水平位置 时，应对其位置高度差而引起的固定压力进行修正。
图7-2 压力式液位计 (a)压力表测液位；(b)法兰式压力变送器测液位
浮子漂浮在液面上, 其平衡关系为
W1 F W2
图7-9 浮子式液位计测量原理 1-浮子；2-绳索；3-重锤；4-刻度尺
• 当液位上升时，浮子所受浮力F增加，则W1－ F<W2，使原有平衡关系被破坏，浮子向上移动。 但浮子向上移动的同时，浮力F减小，W1－F又 增加，直到W1－F又重新等于W2时，浮子 将停留 在新的液位上。 • 图7-9所示的浮子式液位计只能用于敞口容器。 在密闭容器中的应用如图 7-10 所示。在密闭容 器中设置一个测量液位的通道，通道的外侧装 有导轮 1 、浮子 2 、磁铁 3 ；通道内侧装有铁芯 4 。 当浮子随液位上下移动时，铁芯被磁体吸引而 同步移动，通过绳索带动指针指示液位的变化。
• 当被测液位H=0时介质是空气，电容器的电容量为
2 0 L C0 ln(D / d )
• 当液位为H时上下介质分别是空气和液体，电容C为 2 H 2 0 ( L H )
液位测量原理
液位测量原理
液位测量原理是通过不同的方式来确定液体的高度或深度。
以下是一些常见的液位测量原理：
1.浮力原理：根据浮力原理，测量液体高度的传感器可以测量液体中的浮子的浮力，进而确定液体的高度。
这种原理常用于液位开关或液位计。
2.压力原理：利用液体的静压原理，通过测量液体表面上方液体的压力来确定液体的高度。
这种原理常用于压力式液位计。
3.超声波原理：超声波液位传感器发射声波，然后测量声波从液面反射回来所用的时间，利用声波传播速度和时间的关系计算出液体的高度。
这种原理常用于非接触式液位计。
4.电容原理：通过测量液体与平行板电容器之间的电容值来确定液体的高度。
电容值与液体高度成正比，可以通过改变电容值来确定液位高度。
5.磁致伸缩原理：通过液体中的磁场感应器和测量装置之间的磁耦合来确定液体的高度。
液位变化时，磁场感应器会发生变化，从而可以得到液位的变化。
这些原理在不同的应用和场景中被广泛使用，可以根据具体需求选择合适的液位测量原理。
液位测量
20余种液位测量方法分析比较物位包括液位和料位两类。
液位又包括液位信号器和连续液位测量两种。
液位信号器是对几个固定位置的液位进行测量，用于液位的上、下限报警等。
连续液位测量是对液位连续地进行测量，它广泛地应用于石油、化工、食品加工等诸多领域，具有非常重要的意义。
文中对20余种连续液位测量方法进行比较分析。
1、玻璃管法、玻璃板法、双色水位法、人工检尺法玻璃管法：该方法利用连通器原理工作，如图1—1所示［1］。
图中1－被测容器；2－玻璃管；3－指示标度尺；4、5－阀；6、7－连通管。
液位直接从指示标度尺读出。
双色水位计法：该方法利用光学原理，使水显示绿色，而使水蒸汽显示红色，从而指示出水位［2］。
人工检尺法：该方法用于测量油罐液位。
测量时，测量员把量油尺投入油品中，并在尺砣与罐底接触时提起量油尺。
根据量油尺上的油品痕迹，读出油面高度；根据量油尺末端试水膏颜色的变化确定水垫层的高度，从而确定油高和水高［3］。
以上4种方法都是人工测量方法，具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点。
2、吹气法、差压法、HTG法吹气法：该方法的工作原理如图2—1所示［4］。
图中，1－过滤器；2－减压阀；3－节流元件；4－转子流量计；5－变送器。
因吹气管内压力近似等于液柱的静压力，故P＝ρgH差压法：该方法的工作原理如图2-2所示[4]。
图中，1、2-阀门；3-差压变送器。
对于开口容器或常压容器，阀门1及气相引压管道可以省掉。
压力差与液位的关系为ΔP＝P2－P1＝ρgH式中：ΔP－变送器正、负压室压力差；P2、P1－引压管压力；H－液位。
差压变送器将压力差变换为4～20 mA的直流信号。
如果压力处于测量范围下限时对应的输出信号大于或小于4 mA，则都需要采用调整迁移弹簧等零点迁移技术，使之等于4 mA。
HTG法：该方法应用于油罐差压液位测量中，如图2—3所示。
图中：P1、P2、P3－高精度压力传感器；RTD －温度检测元件；HIU－接口单元。
第5章 液位测量
第5章 液位测量液位的高低对核电厂来说是个重要的参数，例如反应堆冷却剂液位，蒸汽发生器水位、稳压器内液位等直接反映了核电厂的运行工况，关系到核电厂能否安全而经济地运行。
核电厂常用的液位检测仪表有下列几种：差压式的，浮子式的，指针式的，液位信号式等。
5.1 液体静力液位计我们通常见到的水位标尺玻璃管就是一种最简单的液体静力液位测量仪表, 如图5.1-1所示就是一种水位标尺管测量液位的示意图。
ρH жg h g T ρ=(5.1-1) 即ρ(=h жH T )/ρ(5.1-2)式中ρж——容器中液体的密度；T ρ——管子中流体的密度。
若*ρ和T ρ有差别。
则容器和管子中的液位就会不一致。
这是由于容器和管子中的温差引起的。
图5.1-1 用水位标尺管测量液位的示意图5.2 差压式液位计差压式液位计的工作原理是把液位高度的变化转换成差压的变化，因此其测量仪表就是差压计（差压变送器）。
差压式液位计准确测量液位的关键是液位与差压之间的准确转换，这种转换是通过平衡容器实现的，常用的平衡容器是双室平衡容器。
要求不高的场合是直接用差压变送器液位变化引起的差压。
因此，采用平衡容器的差压式液位仪表的工作原理是：用被测液柱高度与保持液位不变的平衡容器中液柱高度所造成的压差来进行液位测量，平衡容器和与差压计的连接管线充满了被测液体。
差压式液位计（变送器）具有统一的输出信号，即0~5mA 的电流信号。
5.1.1 加热器的液位测量图5.2-1所示为高压加热器中加热蒸汽冷凝水液位测量的示意图，这里使用了单室平衡容器，由于它与脉冲管相比具有较大的截面，因而可使液位保持不变。
图5.2-1 高压加热器中加热蒸汽冷凝水液位测量的示意图由图可见，g H P B ρ=1g h H g h P K ∏-+=ρρ)(2∴g h H h H P P P K B ])([21∏---=-=∆ρρρ(5.2-1)或g h H P K B )]()([∏∏---=∆ρρρρ(5.2-2)式中 h ——被测冷凝水位；H ——平衡容器水柱的高度； K ρ——冷凝水的密度；B ρ——平衡容器水柱的密度； ∏ρ——蒸汽的密度；P ∆——差压计的压差。
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3.由于高级材料的使用，对条件极其复杂的化学物理场景都能适用，可提供长期准确可靠的信号。
4.适用范围广，可对球罐、卧罐、柱形罐圆柱椎体罐进行测量，针对不同的条件状况可以适当调整雷达探头的位置，满足工艺要求。
5应用举例
4雷达液ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ计特点
雷达液位测量计的特点是在恶劣条件下工作稳定。无论是有毒介质，还是腐蚀性介质，也无论是固体介质还是液体介质都可以进行测量。在测量方面具有以下特点：
1.由于电磁波的特点，不受环境影响。雷达探头与介质表面无接触，属于非接触测量。探头几乎不受、温度、压力、气体等的影响（500℃时影响仅为0.018%，50bar时为0.8%）。
微波测距原理由图所示。
F
D
L
E
图中E—空槽的高度；F—满槽的高度；D—探头至被测物体表面的距离；L—实际物位。
雷达脉冲信号从发射到接收的时间间隔t与实际距离成正比。
空槽距离E已知故实际距离L为：
因为微波速度较高且所测物距距离有限要求仪器的响应时间在十亿分之一秒之内，故要求微处理器具有较高的工作频率才能保证所测物距的精度， s精度在0.1mm。（由光速和所需精度数量级求商所得）。
2雷达液位计的组成
雷达液位计主要由雷达探测器和雷达显示仪表构成，雷达探测器重点由主体连接法兰和天线三部分构成，天线分为喇叭形和波导管两种。
雷达显示仪表由信号接收器，信号处理电路，微控制器，现场显示器，远传电路，远程数据采集显示终端构成。
3雷达液位计的工作原理
雷达传感器的天线以波束的形式发射能量很低的极短的微波脉冲信号，发射波在被测物料表面发生反射，反射回来的信号波由天线接收，对反射波束进行采集。信号经电路放大微处理器处理最终输送到显示模块显示。
酸罐
非接触测量特别适和酸碱等强腐蚀性液体的测量。雷达探头经过特殊的抗腐蚀性处理涂抹特殊材料层等，可以抵御腐蚀。
沥青罐
在原油蒸馏过程中产生的沥青或硫大约在200℃的温度下被储存。非接触式测量特别适用于高温和有气体释放的介质。雷达液体检测计通过采用温度适配器可以工作在200℃以上的环境中。
6结论
微波雷达式液位测量计凭借其宽广的适用范围，极高的测量精度，在液位测量领域发挥着重要作用。同时其他一系列根据雷达液位测量计衍生出的计术也得到了大量运用。但雷达液位计也存在其局限性，如结构较为复杂，造价较高，使用者应当根据实际需要合理的选取测量方法。同时测量过程中应了解并清楚误差的产生原因，采取措施减小误差或者减小误差带来的负面影响。
基于微波脉冲的雷达液位测量装置
摘要：本文阐述了微波脉冲雷达液位测量计的组成及特点，着重介绍了雷达液位测量计的工作原理，简要阐述了雷达液位计的应用范围及其优点。
关键词：液位测量雷达测距
1引言
液位测量是工业测控技术应用中常遇到的课题，随着基础科学研究成果的不断推动，液位测量技术也日趋成熟。接触式测量，静压式液位计，电容式液位计等手段和仪器已经在工业生活中广泛引用并取得了良好的成效。但雷达液位测量计凭借其非接触、高精度的特性越来越受到人们的青睐。本文介绍了雷达液位测量计的工作原理和优点。
3.3333 s
3.1误差分析
雷达液位测量计的误差主要是由仪器响应时间引起，若仪器响应时间较长未能及时接收被测物表面反射回来的微波则仪器采集的可能是微波多次反射的结果从而大大影响测量精度和与真值的偏差。同时由于仪器内部电路响应时间也可能引起误差，仪器安装完毕后应进行误差修正，即直接使发射天线接触物体表面测得时间t0用以后的测量值减去此时所求得的t0即可修正误差。
参考文献
许小剑黄培康雷达系统及其信息处理电子工业处版设
周杏鹏传感器与检测技术清华大学出版社