靜壓式(投入式)液位傳感器是一種基于流體靜壓原理、技術成熟、安裝方便、性價比高的液位測量儀表。它在靜液、常壓、介質密度穩定的場合表現出色,尤其適用于大量程、深液位的測量。但在使用中需特別注意介質密度變化和通氣電纜維護問題。
一、工作原理
靜壓式液位傳感器的核心原理是流體靜力學原理,即液體中某一點的靜壓與該點到液面的高度成正比,與液體的密度成正比。其工作基本公式為:P = ρ × g × h
其中:
P:液體底部或某一點處的靜壓(單位:Pa)
ρ:液體的密度(單位:kg/m³)
g:重力加速度(約9.8 m/s²)
h:液位高度(單位:m)
傳感器通過測量液體底部或某一深度處的靜壓 P,在已知液體密度 ρ 和重力加速度 g 的情況下,即可精確計算出液位高度 h。
參考壓力處理:
表壓測量(Gauge Pressure):這是最常見的方式。傳感器內部有一根通氣電纜,將大氣壓力 P_大氣 引導至壓力敏感元件的背面(參考端)。這樣,元件實際測量的是靜壓與大氣壓的差值,即 P = P_液柱 + P_大氣 - P_大氣 = ρgh。這種方式消除了大氣壓變化對測量的影響,直接得到液柱高度產生的壓力。
信號轉換與輸出:壓力敏感元件將壓力信號轉換為微弱的電信號,經過傳感器內部的放大器、溫度補償電路等處理,最終輸出標準的、與液位高度成線性關系的4-20mA電流信號、0-5/10V電壓信號或數字信號(如RS485、HART)。
二、主要特點
安裝簡便,無需動設備:只需將傳感器投入液底,固定好即可。不需要在罐體上開孔或安裝法蘭(特殊場合除外),特別適用于現有容器的改造和安裝。
測量范圍廣:從幾米到上百米的水深都可以測量,非常適合深井、水庫、大型儲罐等大量程場合。
高精度、高穩定性:核心壓力芯體技術成熟,精度可達0.1%、0.25%FS等,且長期穩定性好。
免維護:傳感器結構簡單,無可動部件,與介質接觸部分通常為不銹鋼或陶瓷材質,耐腐蝕,可靠性高,基本不需要維護。
適用介質廣泛:可測量水、油、酸、堿、污水等多種液體,只需根據介質腐蝕性選擇合適的探頭材質(如316不銹鋼、哈氏合金、陶瓷等)。
價格相對適中:相對于雷達、超聲波等非接觸式儀表,靜壓式液位計性價比高。