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
液位检测原理
液位检测原理
液位检测原理是通过测量液体的高度来判断液位的位置。
常见的液位检测原理包括浮子式液位检测、电容式液位检测、阻抗式液位检测、压力式液位检测等。
其中，浮子式液位检测利用浮子的浮力原理，通过测量浮子的位置来确定液位的高度。
当液位上升或下降时，浮子也会随之相应地上升或下降，从而改变浮子与液位检测装置之间的传感器电路，完成液位监测。
电容式液位检测是利用电容变化来测量液位高度。
通过在液体中安装两个电极，液体的介电常数随着液位的变化而改变，从而导致电容变化。
测量电容的变化，就可以确定液位的高度。
阻抗式液位检测是利用电流通过液体时的阻抗变化来检测液位。
将电流通过液位上升或下降的位置，液体的阻抗值也会相应地改变。
通过测量电流与液体之间的阻抗，就可以判断液位的高度。
压力式液位检测利用液体的压力变化来测量液位高度。
通过在液体中安装一个压力传感器，液体的压力随着液位的变化而改变。
测量液体压力的变化，就可以确定液位的高度。
以上就是液位检测的一些常见原理，不同的液位检测原理适用于不同的场景和需求，可以根据实际情况选择合适的液位检测原理。
第四章 液位测量1
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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。
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第五章液位测量为了测知物料的存贮量，便于对物料进行监控，在工业生产中对物位进行的检测和控制是监控的重要环节。
液位、界位和料位统称物位。
物位测量的目的在于测知容器中物料的容量。
在大部分工业生产过程中，除常压、常温等一般情况外，还有可能遇到高温、高压、易燃易爆、强腐蚀性等特殊情况，那么对于物位的自动检测和控制要求就更高了。
液位是指液体介质在容器中的液面的高度，液位计是测量液位的仪表。
在工业生产中，液位是一个很重要的参数，液位测量在工业生产中具有重要地位，有的甚至直接影响到生产的安全。
在实际的操作过程中，对液位测量的要求越来越多，应根据不同方面的要求来选用不同种类的液位计。
根据液位计的工作原理，可分为直读式、浮力式、电容式、静压式、声学式、射线式、光纤式和核辐射式。
本章主要介绍工业上广泛应用的浮力式、电容式、和静压式液位计。
5.1 浮力式液位计浮力式液位计是根据液体产生的浮力来测量液位的。
它是通过浮力式液位计是根据液位变化时，漂浮在液体表面的浮子随之同步移动的原理工作的，可分为恒浮力式和变浮力式两种。
5.1.1 恒浮力式液位计浮子式液位计是恒浮力式液位计中的一种。
它是利用能够漂浮在液面上的浮子进行测量的。
当浮子漂浮在液面上达到稳定时，根据力学原理，其本身的重量和所受的浮力相平衡。
当液面发生变化时，浮子的位置也相应的变化，根据这一原理来测量液位。
浮子式液位计示意图如图5-1所示，浮子通过两个滑轮和绳带与平衡重锤连接，绳带的拉力与浮子的重量及浮力平衡，这样就保证了浮子可以漂浮在液面上。
设浮子浸入液体的高度为h，液体密度为 ，圆柱型浮子的外直径为D ，密度为1ρ，则浮子的受力情况为浮力 24F D h g πρ= （5-1）自重 214G D a g πρ=（5-2）作用在浮子上的还有绳子的拉力T ，当浮子达到平衡时有T F G += （5-3）当液位上升H ∆时，浮子浸在液体中的部分增大，浮力增加F ∆，即24F D H g πρ∆=∆ （5-4）由于拉力T 和自重G 都不变，此时()T F F G ++∆>。
因此，为了重新使受力达到平衡状态，浮子上浮。
当达到新的平衡状态时，由于平衡锤的拉力T 和自重G 都为固定值，所以此时的浮子所受浮力不变，即浮子浸入液体的高度仍为h ，所以浮子上升的高度和液位上升的高度相同，都是H ∆。
由图5-1结构可知，液位和浮子上升的高度和平衡锤下降的高度是相同的，通过平衡锤旁边的标尺可以读出其下降的高度，也就是浮子上升的高度。
反之，液位下降，浮子下降，平衡锤上升。
利用这个装置，我们可以通过标尺的读数来反映液位的变化，然后通过传递放大系统显示出液面高度。
由上面的分析可知，只有浮力变化量达到一定量H ∆足以克服了摩擦力后，浮子才会开始动作，这就是造成这种液位计不灵敏区产生的原因。
通常把浮子液位计的灵敏度K 定义为24F D K g H πρ∆==∆ （5-5） 可以看出浮子的直径越大，灵敏度越大。
所以可以采取适当增加浮子的直径的方法，提高液位计的灵敏度和测量精度。
比如将浮子制成扁平空心圆盘或圆柱形，可以使液位计的不灵敏区变小。
在使用恒浮力液位计测量液位时，应使浮子浸入液体中的深度不变化才能准确测量。
但实际操作中，液位计测量误差主要与仪器的灵敏度高低、被测介质性质和周围环境等因素有关。
对于恒浮力式液位计的测量误差，主要由以下几个因素引起： （1）仪器灵敏度的高低；（2）当工作介质具有腐蚀性或粘度较大时，浮子被浸蚀而造成质量减轻或是黏一些液体，而使浮子质量增加； （3）被测液体密度变化； （4）绳索长度变化。
5.1.2 变浮力式液位计变浮力式液位计是通过把液位变化先转化为力的变化，再把力的变化转化为物体位移，位移产生电信号来进行测量。
浮筒式液位计是一种典型的变浮力式液位计，其工作原理如图5-2所示。
将一截面积为A ，重量为G 的圆筒形空心金属浮筒悬挂在弹簧上，此时弹簧力与重力平衡，当浮筒有一部分浸入液体时，浮筒受到浮力而使弹簧上移，此时有Kx G Ah g ρ=- （5-6）上式中，K 为弹簧刚度，h 为浮筒浸入液体的高度，x 为弹簧的压缩量，ρ为液体密度。
若液面升高了Δh ，浮力增加，浮筒向上移动，浮筒上下移动的距离即弹簧的位移改变量为Δx 。
重新平衡时浮筒浸没在液体中的长度为h h x +∆-∆，则重新达到的平衡关系为()()K x x G A h h x g ρ-∆=-+∆-∆ （5-7）（5-6）减去（5-7）得()K x A g h x ρ∆=∆-∆ （5-8）即(1)Kh x A gρ∆=+∆ （5-9） 上式中，K 、A 、ρ均为常数，所以当液位发生变化时，浮筒浸入液体中的体积不同，因而浮力变化，合力的作用使得浮筒产生位移。
浮筒产生的位移量改变量(即弹簧变形程度)与液位高度变化量成正比。
变浮力液位检测就是把液位变化转换为元件浮筒位移变化。
检测弹簧变形有很多转换方法，常用的有差动变压器式、扭力矩力平衡式等。
若在浮筒连杆是装上指针，就可直接读出液位。
也可在浮筒的连杆上安装一铁心，通过差动变压器使输出电压，可以测出液位。
也可将浮筒所受到的浮力通过扭力管达到力矩平衡，把浮筒的位移量变成扭力矩的角位移，进一步用其他转换元件转换为电信号，构成一个完整的液位计。
改变浮筒的尺寸，可以改变量程。
5.2 电容式液位计电容式液位计是根据电容的变化来测量液位高度的液位仪表,它主要是由电容液位传感器和检测电容的电路组成。
它的传感部件结构简单，动态响应快，能够连续及时地反映液位的变化。
电容式液位计的形式很多，有平级板式、同心圆柱式等，应用比较广泛。
它对被测介质本身性质的要求不是很严格，既能测量导电介质和非导电介质，也可以测量倾斜晃动及高速运动的容器的液位，因此在液位测量中的地位比较重要。
5.2.1 检测原理在液位的测量中，通常采用同心圆柱式电容器，如图5-3所示。
同心圆柱式电容器的电容量为()02ln LC D dπε=（5-10） 式中：D 、d ——外电极内径和内电极外径(m)； ε——极板间介质介电常数(F/m)； L ——极板相互重叠的长度(m)。
由上式可知，改变D 、d 、ε、L 其中任意一个参数时，电容量0C 都会变化。
但在实际液位测量中，D 和d 通常是不变的，电容量与电极长度和介电常数的乘积成正比。
由液位变化引起的等效介电常数变化，使电容量变化，根据电容量变化来计算液位高度，就是电容式液位计的测量原理。
5.2.2 导电液体的液位测量因为圆筒形电极会被导电液体短路，所以对于导电液体的液位测量，一般用绝缘物覆盖作为中间电极。
内电极材质一般用紫铜或不锈钢，外套绝缘层材质为聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷，电容器的外电极由导电液体和容器壁构成，结构如图5-4所示。
当容器内没有液体时，液位H=0，内电极和容器壁组成电容器，绝缘层和空气为介电层，此时电容量为1002ln LC D dπε=（5-11） 当液面的高度为H 时，有液体部分由内电极和导电液体构成电容器，绝缘套为介电层，此时整个电容相当于有液体部分和无液体部分并联的两个电容,因此电容量为1202()2ln lnL H HC D Dd dπεπε-=+（5-12） 其中1ε、2ε分别是分别为气体介质和绝缘套组成的介电层的介电常数和绝缘套的介电常数，L 为电极和容器的覆盖长度，d ，D 和0D 为内电极、绝缘套的外径和容器的内径。
将5-12式减去5-11式可得液面高度为H 时的电容变化量，即1212100002()2222ln ln ln ln lnL H H L C C C H D D D D D d d d d d πεπεπεπεπε⎡⎤⎢⎥-∆=-=+-=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦ （5-13）若0D d 、12εε 时，上式可简化为22ln C H D dπε∆=（5-14）由上式可以看出，电容变化量与液位高度成正比，如果测得电容变化量，就可以知道液位H 的值，因此准确地检测出电容的变化量是测量的关键。
对于粘度比较大的液体介质，当液位变化时，液体会附着在内电极绝缘套管表面，较易形成虚假液位，因此应尽量内电极表面光滑，以免造成测量误差。
5.2.3 非导电液体的液位测量非导电液体电容式液位计与导电液体电容式液位计不同的是前者有专门的外电极。
它有内外两个圆筒电极，并且用绝缘材料绝缘固定两电极，外电极上均匀开设有许多孔或槽，以便被测液体流动自如，使电极内外液位相同，其结构如图5-5所示。
当被测液位H=0时，电容器的电容量为002ln LC D dπε=（5-15） 当被测液体的液位变为H 时，电容器的电容量为02()2ln ln L H HC D D d dπεπε-=+（5-16） 上两式中ε、0ε分别为被测液体和气体的介电常数。
将5-13式减去5-12式得02()ln C H D dπεε-∆=（5-17）由5-17式可以看出，非导电液体电容式液位计与导电液体电容式液位计的测量原理相同。
当0()εε-越大，D 和d 比值越接近, 灵敏度越高。
5.3 静压式液位计由物理学可知，当液体在容器内有一定高度时，就会对容器产生压力。
静压式液位计就是这一应用，它通过测量某点的压力或与另一点的压差来测量液位的。
如图5-6所示，A 为实际液面，B 为零液位，H 为液面的高度，ρ为液体的密度。
根据流体静力学的原理，A 和B 两点的静压力为B A p p p gH ρ∆=-=即 pH gρ∆=（5-15） 上式中，A p 、B p 分别为A 、B 两点的静压。
由5-15式可知，若被测液体的密度不变，则液面的高度H 跟压差p ∆成正比，如果测得被测液位与零液位点之间的压差p ∆，就可以得到当前液位值。
5.3.1 压力式液位计压力式液位计是利用测压仪表来得到液位的仪器，只用来测量敞口容器中的液位。
所以5-15式中A p 为大气压力。
常用的压力式液位计有压力表式液位计、法兰式液位变送器和吹气式液位计。
三种液位计的结构如图5-7所示。
（1）压力表式液位计 这种液位计是通过引压导管与容器底部相连，利用引压导管将压力变化值送入压力表中进行测量的，如图5-7（1）所示。
只有当压力表与容器底部等高时，此时压力表中的读数才可以直接反映出液位的高度。
如果压力表与容器底部不等高，当容器中液位为零时，表中读数不为零，即存在容器底部与压力表之间的液体的压力差值，该差值就是所谓的零点迁移，在实际的测量中，计算时应减去此差值。
考虑到引压导管必须畅通，为了不阻塞引压导管，被测液体黏度不能过高。
（2）法兰式液位变送器 压力表式液位计对于易结晶、粘度大、易凝固或腐蚀性较大的被测介质进行液位测量时，通常会造成引压导管的堵塞，此时一般采用法兰式液位变送器测量液位。