液位测量方法简介

检测技术与仪器实验设计报告

目录

1.液位测量方法简洁 (1)

1.1 类型 (1)

1.2 液位计 (2)

2.液位测量系统设计 (5)

2.1 液位测量原理 (5)

2.2 测量系统结构 (7)

2.3 误差分析 (7)

3.结论. (8)

4.参考文献 (9)

【摘要】

综合运用单片机与自动检测技术，设计一套自动精确的液位测量系统，要求测量范围为0~2000mm，系统测量精度为0.1%，同时能利用单片机加以控制，减小误差。

【关键字】液位测量，单片机，超声波

1．液位测量方法简介

1.1按其工作原理可分为下列几种类型：

①静压式：根据流体静力学原理，静止介质内某一点的静压力与介质上方自由空间压力之差与该点上方的介质高度成正比，因此可根据差压来检测液位。

②浮力式：利用漂浮于液面上浮子随液面变化位置，或者部分浸没于液体中物体的浮力随液位变化来检测液位。

③声学式：利用超声波在介质中的传播速度或在不同相界面之间的反射特性来检测液位。

④电气式：把敏感元件做成一定形状的电极置于被测介质中，则电极之间的电气参数，如电阻，电容等，随液位的变化而变化。

⑤射线式：放射性同位素所放出的射线（如β射线，γ射线等）穿过被测介质事，其辐射能量因吸收作用而减弱，能量将衰减，其衰减程度与液位有关。

⑥微波式：由于微波属于电磁波，在一定条件下，传播速度是一定的，因此可以利用测量微波从传感器传播至物料表面并返回到传感器所用的时间来实现液位的测量。

⑦磁致伸缩式：利用磁致伸缩的效应实现液位的测量。

除此之外还有光学法，重锤法等。在液位检测中，尽管各种检测方法所用的技术各不相同，但可把它们归纳为以下几个检测原理。

①基于力学原理敏感元件所受到的力（压力）的大小与液位成正比，它包括静压式，浮力式和重锤式液位检测等。

②基于相对变化原理当液位变化时，液位与容器底部或顶部的距离发生改变，通过测量距离的相对变化可获得液位的信息。这种检测原理包括声学法，微波法，和光学法等。

③基于某强度性物理量随液位的升高而增加原理例如对射线的吸收强度，电容器的电容量等。

1.2液位计

1.2.1直接测量

直接测量是一种最为简单、直观的测量方法，它是利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度。

玻璃管液位计。

1.2.2人工检尺

人工检尺液位测量是对各种储罐内的液体进行体积和质量测定的种基本方法。具有操作简单、计量准确、无须辅助设备的特点，仍是目前各油田原油集输过程中的一种主要计量方法。检尺测量时，先对罐内液位高度进行测定，再根据罐的横截面积或大罐容积表，计算罐内液体体积和质量。检尺测量的工具是钢卷尺，其下端带有铜质重锤。为方便量油操作，在罐顶设有量油口。量油口下装有量油管，管子底端钻有孔眼与液体连通。设置量油管的目的是为了减小罐内液面波动对量油的影响。

1.2.3静压式液位计

静压式液位计是基于液位高度变化时由液体产生的静压也随之变化的原理，可得A,B两点之间的静压为P=ρgh.因此当被测介质密度ρ为已知时，A,B之间的压力差与液位高度有关，这样就把液位检测转化为压力差的检测，选择合适的压力检测仪表即可实现液位的检测。

1.2.4磁翻转液位计

磁翻转液位计结构牢固、工作可靠、显示醒目。由于被测液体被完全密封，使用磁耦合传动，因而可以测量高温、高压及不透明的粘性液体，如原油、污水等。

缺点：是经长期使用后，磁钢磁性退化，翻板轴磨损易造成指示错误．故应定期检查与校正。

1.2.5浮力式液位计

浮力法测液位是依据力平衡原理，通常借助浮子一类的悬浮物，浮子做成空心刚体，使它在平衡时能够浮于液面。当液位高度发生变化时，浮子就会跟随液面上下移动。因此测出浮子的位移就可知液位变化量。浮子式液位计按浮子形状不同，可分为浮子式、浮筒式等等；按机构不同可分为钢带式、杠杆式等。

钢带浮子式液位计浮筒式液位计

1.2.6 射线式液位计

当射线摄入一定厚度的介质

时，部分能量被介质吸收，所穿透

的射线强度随着所通过的介质厚

度增加而减弱，它的变化规律为：

。式中，I0，I为射

入介质前和通过介质后的射线强

度；μ为介质对射线的吸收系数；

H为射线所通过的介质厚度。介质

不同，吸收射线的能力也不同。当

射线源和被测介质一定时，I0和μ

都为常数。测出通过介质后的射线

强度I，便可求出被测介质的厚度

H。

如图：

1.2.7超声波液位计

超声波液位计利用波在介质中的传播特性。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低。超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；

(a)气介式(b) 液介式(c)固介式

单探头超声波液位计

超声波液位测量优点：

A.与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪

器寿命长；

B.超声波传播速度比较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电

导率、热导率等对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量；

C.不仅可进行连续测量和定点测量，还能方便地提供遥测或遥控信号；

D.能测量高速运动或有倾斜晃动的液体的液位，如置于汽车、飞机、

轮船中的液位。

由于超声波液位计具有精度较高，声波传递稳定，适合场合广泛。因此在本次液位精确测量系统中选用超声波液位计测量。

2．液位测量系统设计

2.1.液位测量原理

超声波物位计工作原理是由超声波换能器（探头）发出高频脉冲声波遇到被测物位（物料）表面被反射折回反射回波被换能器接收转换成电信号