液位测量
液位测量主要是基于相界面两侧物质的物性差异或液位改变时引起有关物理参数的变化的原理而实现的。这些物理参数可能是电量的或非电量的，如电阻、电容、电感、差压以及声速和光能等，它们的共同特点是能够反映相应的液位变化并易于检测。 第一节 差压式液位测量法
该方法通常用到的是差压式液位计，利用液柱产生的压力来测量液位的高度，在水位发生变化后，差压变送器测到的压差也会随之发生变化，它们之间有线性的关系。 工作原理
对于开口容器，通过测量容器内变动液位的静压力与大气压力之差来测量液位，液体中任一点的静压力p与其自由表面上的压力p0之差
?p?p?p0???g?H
对于密闭容器，可以通过测量容器内变动液位的静压力与其蒸汽压力之差来测量液位：
?p???g?H??S?g?HS
第二节 电容式液位测量法
电容式液位测量是基于改变介电常数时，电容器的电容量变化的原理来测量液位的。该方法通常用到的是电容式液位计。 工作原理
电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不同，比如：ε1>ε2，则当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。所以，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保证液位测量准确，因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。电容液位计体积小，容易实现远传和调节，适用于具有腐蚀性和高压的介质的液位测量。
测量导电液体的电容式液位计：
?C?2????HlnDd
测量非导电液体的电容式液位计：
2??(???0)?H?C?lnDd 第三节 沉浮式液位测量法
原理：当浮标受力平衡时，浮标可以随液面稳定:W?F?G
式中的W表示浮标的重力，F表示浮标所受的浮力，G表示平衡重物的重力。
液位上升时，其上浮力F增加，浮标向上移动，直到达到新的受力平衡，反之亦然。因而实现了浮标对液位的跟踪。特点：简单直观，测量精读低。误差原因：滑轮摩擦，钢丝绳热胀冷缩。
第四节 液位测量的应用 4.1电阻式液位测量法
该法特别适用于导电液体的测量，敏感器件具有导电特性，其电阻值随液位的变化而变化，故将电阻变化值传递给二次电路即得到液位值。该方法通常用到的为电阻液位计。 4.2 光纤液位测量法
该方法通常使用光纤液位计，它是根据力平衡原理测量储罐液位的仪表。它由浮球、光纤传感器、力平衡传动机构、光电变换器、光缆及智能式数显表等所组成。其工作原理简述如下： 在力平衡机构的作用下，浮球把感测到的液位的变化量，通过钢丝绳传递给测量装置内的磁偶合器，在磁偶合器的作用下使隔离的光纤传感器感受到位移的变化量，并通过光纤送出光信号给光电变换器变换成电信号给智能式数显示液位，智能式数显表可以根据用户的要求实现声光报警，输出4-20mA和RS232通讯，实现液位的检测与控制。
4.2 超声波液位测量法
超声波液位测量法通常使用的时超声波液位计，利用波在介质中的传播特性。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。
例题1:计算如图1所示的压力式液位计的调校量程范围及迁移量，已知h1=5m,h2=1m, ρ=1.g／㎝3。
解：由图可知,液位计测量量程△p为：
?P??gh1?1*9.8*5?49kpa
迁移量为：???gh2?1*9.8*1?9.8kpa
所以仪表调校量程范围为9.8~58.8Kpa
例题2：一单法兰液位计测量开口容器液位，其最高液位和最低液位到仪表的安装距离分别为h1 =3m,h2=1m,如图2所示，若所测介质密度ρ=1.0g／㎝3，求仪表的量程及迁移量？
解：由图知仪表测量的有效量程高度为h1－h2=2m,所以仪表的量程△p为：
?P?（h1-h2）?g?（3-1）*1*9.81?19.62kpa
当液位最低时,仪表正负压室的受力分别为：
P???gh2?1*9.81*1?9.81kpaP-?0
所以液面计的迁移量为p+-p-=9.81-0=9.81Kpa(正迁移)
例题3：用一台法兰式差压变送器测量某容器液位，如下图 所示，被测液位的变化范围为 0-3m,被测介质密度为900kg/ m3 ,毛细管内工作介质密度为 0 = 950kg/ m3 。 变送器的安装尺寸h1=1m,h2=4m。求变送器的测量范围， 并判定零点迁移方向，计算迁移量。
解：不考虑迁移量时，变送器的测量范围应根据液位 的最大变化量来计算:
?pmax??gh=3*900*9081=26487pa=26.487kpa
所以测量范围可选择0-30kPa
当液位高度为H时，差压变送器正、负压室所受压力为 p1 、p2 分别为： p1?p0??gh-h1?0g，p2?p0??g（h2-h1）所以差压变送器所受的差压为：
?p?p1-p2??gH-h2?0g
当H=0时，?p?p1-p2?-h2?0g 应进行负迁移，迁移量为：-h2?0g
例题4：如图所示，用双法兰液位计测量闭口容器的界位。已知：
h1?20cm，h2?20cm，
3h4?30cm，h3?200cm，?1?0.8gcm3，?2?1.1gcm3，??0.95gcm硅油密度0，
求：（1）仪表的量程和迁移量；（2）仪表在使用过程中改变了位置，对输出有无影响？
解：（1）仪表的量程：
?P?h（）g?200*（1.1-0.8）*980.7*100/100?5884.2pa3?2-?1
液面最低时，仪表正、负压室的压力为：
P??P1?(h1?h2?h3)?1g?h4?2g?h?0g?p1?(20?20?200)*0.8*980.7*100/1000?30*1.1*980.7*100/1000?f*0.95*980.7*100/1000?p1?22065.7?93.2hP??P（h4?h2?h3?h）?0g1?h1?1g??p1?20*0.8*980.7*100/1000?（30?20?200-h）*0.95*980.7*100/1000 ?p1?24860.7?93.2h所以，仪表的迁移量为：
P?P??P???2795pa，又因为P??P?,所以为负迁移。
当压差信号由-2795增加到（-2795+5884.2）=3089.2pa时，仪表的输出由
4m?增加到
20m?。
（2）因仪表调校范围和液位计安装与高度h无关，所以仪表调校后，在改变安装位置不影响仪表输出。
33H?2mH?3.2m，??1.1gcm??1.24gcm112例题5：下图密闭容器，，，，2H0?1m，试求量程与迁移量。
解：量程：迁移量：
H1?1g?2000*1.1*9.8?21560pa
H2?2g-H0?1g?3200*1.24*9.8-1000*1.1*9.8?29106.4pa。
例题6：如下图所示，双法兰式差压变送器测量密闭容器中有结晶液体的液位，已知被测液
3??1200kgm体的密度，液位变化范围H为0~950mm，变送器的正、负压法兰中心线3H?1800mm??950kgm01距离，变送器毛细管硅油密度，试确定变送器的量程和迁
移量。