壓差式靜力水準儀 一、靜力水準儀簡介 重力是對結構健康影響最大的外力因素，因此結構的垂直位移最能代表結構位置的變化。垂直位移也稱為沉降。 傳統(tǒng)的人工測量過于

壓差式靜力水準儀

一、靜力水準儀簡介
重力是對結構健康影響最大的外力因素，因此結構的垂直位移最能代表結構位置的變化。垂直位移也稱為沉降。
傳統(tǒng)的人工測量過于耗時，監(jiān)測周期長，只能反映變化的長期趨勢。很難對快速變化的垂直位移做出反應。靜態(tài)水平儀可用于在線自動測量沉降數(shù)據(jù)。

靜力水準儀原理是什么?

二、靜力水平儀的原理和分類
靜態(tài)水平儀按照連接管的原理工作：注入液體后，液體在大氣壓力和重力的作用下最終保持在同一水平面。測量測量點液位的變化，得到測量點位置的變化。
根據(jù)這一原則，市場上出現(xiàn)了液位靜態(tài)水平儀和壓差靜態(tài)水平儀。液位水平儀通過測量每個測量點的液位變化高度來計算沉降，而壓差靜態(tài)水平儀通過計算不同測量點之間的液體壓力變化，然后除以液體密度和重力加速度來獲得沉降值。
由于液位靜力水平儀原理簡單，液位變化直觀，液位測量技術簡單成熟，因此種類繁多。液位測量方法包括機械式和非機械式。
機械液位測量是將浮球放入液位中。當液位發(fā)生變化時，浮球會隨液位而變化。通過測量浮球位置的變化，可以得到液位的變化。通過磁致伸縮原理實現(xiàn)了測量浮球位置的常見變化。
超聲波、電容、毫米波雷達、機器視覺、壓差等非機械式液位測量方法。
超聲波和毫米波液位測量的原理是當超聲波或電磁波與液體和氣體的界面相遇時，測量超聲波在液體中傳播的時間，并根據(jù)液體中聲波的速度計算液位。
機器視覺是利用相機裝置觀察液體表面光點位置輔助激光束的變化，并計算液位的變化。由于相機設備的光學設備將受到水蒸氣的屏蔽和侵蝕的影響，視頻數(shù)據(jù)的解決需要硬件和軟件支持，結構復雜，體積大，成本高，應用較少，因此本文不介紹。
電容式液位測量的原理是當液位發(fā)生變化時，液體與上金屬之間的電容會發(fā)生變化。通過測量電容的變化，可以得到液位的變化。因為影響電容的不僅僅是兩極板之間的距離，所以電容的變化會受到液體上方空氣密度、溫度和結構件幾何尺寸的影響，測量范圍小。由于電容式液位測量的缺點，目前市場上已經很少見，所以本文不作進一步介紹。

三、常見靜力水平儀介紹
下面分別介紹了市場上常見且應用較多的靜力水平儀，以幫助行業(yè)合作伙伴根據(jù)項目情況正確選擇靜力水平儀。
1.磁致伸縮靜力水平儀

原理：磁致伸縮是指鐵磁體中磁化方向的變化會導致介質晶格間距的變化，從而改變鐵磁體的長度和體積。磁致伸縮液位傳感器利用磁致伸縮效應計算磁場交叉點的準確位置，利用兩個不同磁場相交時檢測到的應變脈沖信號的時間，從而測量液位的高度。
磁致伸縮液位水平儀的傳感器測桿外配有浮子，可隨著液位的變化沿測桿上下移動。浮子內有一組永久磁環(huán)。當脈沖電流磁場與浮子產生的磁環(huán)磁場相遇時，浮子周圍的磁場發(fā)生變化，使由磁致伸縮材料制成的波導線在浮子所在的位置產生一個扭轉波脈沖，沿波導線以固定的速度傳回，由檢測機構檢測。浮子的位置，即液面的位置，可以通過測量脈沖電流和扭轉波之間的時間差來準確確定。

優(yōu)點：
磁性膨脹液位靜力水平儀器結構簡單，液位變化直觀，價格相對便宜，主要用于石油、化工原料儲存、生化、醫(yī)藥、食品飲料、大壩水位、水庫水位監(jiān)測和污水處理。近年來，業(yè)內人士一直在觀察建筑結構的沉降情況。
缺點：
(1)安裝不便:根據(jù)液位變化測量磁致伸縮液位靜態(tài)水平儀，體積大，部分場地難以安裝，如鋼軌、道岔等結構件。
(2)測量范圍較小:磁致伸縮液位靜力水平儀的測量范圍不超過液體的高度，受液體高度的限制，測量范圍一般為100-200mm，現(xiàn)場安裝使用時需要用水準儀進行平整，水準儀盡量安裝在同一水準面上，以充分利用量程。
(3)靈敏度和精度低:由于使用浮球，存在移動部件，部件之間的摩擦導致位移反應小，靈敏度和精度低。而且體積大，使用有限，有些地方甚至很難看。測量范圍更有限，常規(guī)是100-200mm，很難達到大量程。
(4)抗電磁干擾能力差:由于液位變化是通過磁場變化獲得的，抗電磁干擾能力較弱，不建議在電廠、高速鐵路接觸網(wǎng)和大型電力設備附近使用。
（5）環(huán)境溫度影響較大：浮球體積較大。如果溫度變化較大，浮子內部空氣體積的變化會導致浮力的變化，此時浮力會帶來較大的系統(tǒng)誤差。因此，在相同的溫度下進行數(shù)據(jù)比較是合適的。在晝夜溫度變化較強的地方，必須進行防熱處理。
2、超聲靜力水平儀表

原理：超聲靜力水平儀的基本原理與磁致伸縮液位水平儀的基本原理相同。不同之處在于使用超聲波來測量液位的高度。超聲波信號由安裝在儀器底部的超聲波探頭發(fā)出，到達液位時反射回來。液體高度可根據(jù)探頭接收到的反射回波的時間差和液體中超聲波的傳播速度來計算。
優(yōu)點：
超聲靜力水平儀的優(yōu)點是無機械活動器件，傳感器不與液體接觸，抗電磁干擾能力強。溫度傳感器可以補償液體中超聲波速度隨溫度變化的因素，與磁致伸縮水平儀相比，精度更高。當代的MCU可以測量的時差是幾個皮秒，相當于0的光行走.1mm使用距離的時間。結合優(yōu)質壓電陶瓷換能器和優(yōu)良的結構設計，超聲波靜力水平儀的精度可以達到0.1mm級別。
缺點：
(1)安裝不便：超聲靜力水準儀的基本原理與磁致伸縮水準儀一樣，通過液位測量來實現(xiàn)功能，因此體積大，安裝不方便。
(2)量程小：超聲靜力水平儀受液體高度的限制，量程一般為100-300mm，現(xiàn)場安裝使用時需要用水準儀進行平整，水準儀盡量安裝在同一水準面上，以充分利用量程。
（3）高使用要求：液體表面和內部的氣泡、懸浮固體、水質等會改變液體中超聲波的傳播速度，導致測量誤差。應采取保溫措施，避免液體蒸發(fā)、氣泡等的影響。
(4)受測點傾斜影響較大:當超聲波束在液體中傳播時，會逐漸擴大，不再是理想的測距線。隨著傳輸距離的增加，當它到達液體表面時，它會逐漸擴展成一個圓面。
以下公式滿足超聲波發(fā)散角度：Sine() = 1.2 * V/(DF)，其中 發(fā)散角，V這是液體中的聲速，D為壓電換能器直徑，F(xiàn)超聲波頻率。從上面的公式可以看出，當量程較大，液體傾斜時，發(fā)散角增大，會影響測距精度。
(5)價格較高:高精度超聲靜力水平儀需要使用高質量的超聲靜力水平儀MCU、結合溫度傳感器和傾角傳感器的數(shù)據(jù)，壓電陶瓷換能器和罐體結構件采用軟件算法補償測距數(shù)據(jù)，成人成本高。
總結:超聲波靜力水平儀是一種精密的精致儀器，對使用環(huán)境要求較高，適合室內使用，如科研院所、地鐵、隧道等環(huán)境溫度變化較小的場景，液體介質室外現(xiàn)場和其他項目中，一些客戶也在嘗試使用，具體的使用效果有待驗證。
3.壓差靜力水平儀