投入式液位計工作原理
投入式液位計是一種通過測量液體壓力來間接計算液位高度的儀表,廣泛應用于水池、水箱、水井、儲罐等各類容器的液位監測。其工作原理基于液體靜壓力與液位高度的對應關系,具體可分為以下幾個核心環節:
一、核心原理:液體靜壓力公式
投入式液位計的測量基礎是帕斯卡定律:液體中某一點的靜壓力與該點到液面的垂直高度成正比,公式為:
P = ρ × g × h + P?
其中:
- P 為液位計傳感器感受到的總壓力(單位:Pa);
- ρ 為被測液體的密度(單位:kg/m3);
- g 為重力加速度(約 9.8m/s2);
- h 為液位高度(即傳感器到液面的垂直距離,單位:m);
- P? 為液面上的大氣壓力(單位:Pa)。
通過測量總壓力 P 并消除大氣壓力 P? 的影響,即可反推出液位高度 h:
h = (P - P?) / (ρ × g)
二、關鍵部件的作用
投入式液位計的結構設計直接服務于壓力測量,核心部件的功能如下:
- 壓力傳感器(核心元件):
通常采用擴散硅或陶瓷傳感器,其內部的壓敏電阻會隨壓力變化而改變阻值,從而將壓力信號轉化為微弱的電信號(mV 級電壓)。
- 通氣電纜 / 導氣裝置:
用于消除液面上大氣壓力 P? 的影響 —— 通過電纜內的通氣孔將大氣壓力引入傳感器的參考端,使傳感器僅測量由液位高度產生的表壓(即 P - P?),確保計算結果不受大氣壓波動影響。
- 信號處理電路:
將傳感器輸出的微弱電信號進行放大、濾波、溫度補償(消除液體密度隨溫度變化的誤差),最終轉換為標準信號(如 4-20mA 電流信號或 RS485 數字信號),便于與控制系統對接。
- 不銹鋼外殼 / 探頭:
保護傳感器免受液體腐蝕(材質通常為 316 不銹鋼,特殊工況可選用哈氏合金),并確保探頭完全浸入液體中。
三、工作流程
- 安裝部署:將液位計的探頭(壓力傳感器)投入液體底部,電纜沿容器壁固定,頂部的電子單元安裝在容器外部。
- 壓力感知:探頭受到液體壓力 P,同時通過通氣電纜引入大氣壓力 P? 作為參考。
- 信號轉換:傳感器將壓力差(P - P?)轉化為電信號,經處理電路轉換為標準信號。
- 液位計算:控制系統根據標準信號反推液位高度 h,并實時顯示或控制(如聯動水泵啟停)。
四、適用特點
- 優勢:結構簡單、成本低、測量穩定(不受液體顏色、渾濁度影響),適合深液位(可達數百米)和開放容器測量。
- 局限:不適用于腐蝕性極強(需特殊材質)、粘稠易結晶(可能堵塞探頭)或含大量氣泡(壓力不穩定)的液體。
通過這一原理,投入式液位計實現了對液位的連續、實時監測,是工業、農業、市政等領域的常用液位測量方案。