压差式静力水准仪,静力水准仪原理是什么?
压差式静力水准仪
一、静力水准仪简介
重力是对结构健康影响最大的外力因素，因此结构的垂直位移最能代表结构位置的变化。垂直位移也称为沉降。
传统的人工测量过于耗时，监测周期长，只能反映变化的长期趋势。很难对快速变化的垂直位移做出反应。静态水平仪可用于在线自动测量沉降数据。
静力水准仪原理是什么?
二、静力水平仪的原理和分类
静态水平仪按照连接管的原理工作：注入液体后，液体在大气压力和重力的作用下最终保持在同一水平面。测量测量点液位的变化，得到测量点位置的变化。
根据这一原则，市场上出现了液位静态水平仪和压差静态水平仪。液位水平仪通过测量每个测量点的液位变化高度来计算沉降，而压差静态水平仪通过计算不同测量点之间的液体压力变化，然后除以液体密度和重力加速度来获得沉降值。
由于液位静力水平仪原理简单，液位变化直观，液位测量技术简单成熟，因此种类繁多。液位测量方法包括机械式和非机械式。
机械液位测量是将浮球放入液位中。当液位发生变化时，浮球会随液位而变化。通过测量浮球位置的变化，可以得到液位的变化。通过磁致伸缩原理实现了测量浮球位置的常见变化。
超声波、电容、毫米波雷达、机器视觉、压差等非机械式液位测量方法。
超声波和毫米波液位测量的原理是当超声波或电磁波与液体和气体的界面相遇时，测量超声波在液体中传播的时间，并根据液体中声波的速度计算液位。
机器视觉是利用相机装置观察液体表面光点位置辅助激光束的变化，并计算液位的变化。由于相机设备的光学设备将受到水蒸气的屏蔽和侵蚀的影响，视频数据的解决需要硬件和软件支持，结构复杂，体积大，成本高，应用较少，因此本文不介绍。
电容式液位测量的原理是当液位发生变化时，液体与上金属之间的电容会发生变化。通过测量电容的变化，可以得到液位的变化。因为影响电容的不仅仅是两极板之间的距离，所以电容的变化会受到液体上方空气密度、温度和结构件几何尺寸的影响，测量范围小。由于电容式液位测量的缺点，目前市场上已经很少见，所以本文不作进一步介绍。
三、常见静力水平仪介绍
下面分别介绍了市场上常见且应用较多的静力水平仪，以帮助行业合作伙伴根据项目情况正确选择静力水平仪。
1.磁致伸缩静力水平仪
原理：磁致伸缩是指铁磁体中磁化方向的变化会导致介质晶格间距的变化，从而改变铁磁体的长度和体积。磁致伸缩液位传感器利用磁致伸缩效应计算磁场交叉点的准确位置，利用两个不同磁场相交时检测到的应变脉冲信号的时间，从而测量液位的高度。
磁致伸缩液位水平仪的传感器测杆外配有浮子，可随着液位的变化沿测杆上下移动。浮子内有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生变化，使由磁致伸缩材料制成的波导线在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，沿波导线以固定的速度传回，由检测机构检测。浮子的位置，即液面的位置，可以通过测量脉冲电流和扭转波之间的时间差来准确确定。
优点：
磁性膨胀液位静力水平仪器结构简单，液位变化直观，价格相对便宜，主要用于石油、化工原料储存、生化、医药、食品饮料、大坝水位、水库水位监测和污水处理。近年来，业内人士一直在观察建筑结构的沉降情况。
缺点：
(1)安装不便:根据液位变化测量磁致伸缩液位静态水平仪，体积大，部分场地难以安装，如钢轨、道岔等结构件。
(2)测量范围较小:磁致伸缩液位静力水平仪的测量范围不超过液体的高度，受液体高度的限制，测量范围一般为100-200mm，现场安装使用时需要用水准仪进行平整，水准仪尽量安装在同一水准面上，以充分利用量程。
(3)灵敏度和精度低:由于使用浮球，存在移动部件，部件之间的摩擦导致位移反应小，灵敏度和精度低。而且体积大，使用有限，有些地方甚至很难看。测量范围更有限，常规是100-200mm，很难达到大量程。
(4)抗电磁干扰能力差:由于液位变化是通过磁场变化获得的，抗电磁干扰能力较弱，不建议在电厂、高速铁路接触网和大型电力设备附近使用。
（5）环境温度影响较大：浮球体积较大。如果温度变化较大，浮子内部空气体积的变化会导致浮力的变化，此时浮力会带来较大的系统误差。因此，在相同的温度下进行数据比较是合适的。在昼夜温度变化较强的地方，必须进行防热处理。
2、超声静力水平仪表
原理：超声静力水平仪的基本原理与磁致伸缩液位水平仪的基本原理相同。不同之处在于使用超声波来测量液位的高度。超声波信号由安装在仪器底部的超声波探头发出，到达液位时反射回来。液体高度可根据探头接收到的反射回波的时间差和液体中超声波的传播速度来计算。
优点：
超声静力水平仪的优点是无机械活动器件，传感器不与液体接触，抗电磁干扰能力强。温度传感器可以补偿液体中超声波速度随温度变化的因素，与磁致伸缩水平仪相比，精度更高。当代的MCU可以测量的时差是几个皮秒，相当于0的光行走.1mm使用距离的时间。结合优质压电陶瓷换能器和优良的结构设计，超声波静力水平仪的精度可以达到0.1mm级别。
缺点：
(1)安装不便：超声静力水准仪的基本原理与磁致伸缩水准仪一样，通过液位测量来实现功能，因此体积大，安装不方便。
(2)量程小：超声静力水平仪受液体高度的限制，量程一般为100-300mm，现场安装使用时需要用水准仪进行平整，水准仪尽量安装在同一水准面上，以充分利用量程。
（3）高使用要求：液体表面和内部的气泡、悬浮固体、水质等会改变液体中超声波的传播速度，导致测量误差。应采取保温措施，避免液体蒸发、气泡等的影响。
(4)受测点倾斜影响较大:当超声波束在液体中传播时，会逐渐扩大，不再是理想的测距线。随着传输距离的增加，当它到达液体表面时，它会逐渐扩展成一个圆面。
以下公式满足超声波发散角度：Sine() = 1.2 * V/(DF)，其中 发散角，V这是液体中的声速，D为压电换能器直径，F超声波频率。从上面的公式可以看出，当量程较大，液体倾斜时，发散角增大，会影响测距精度。
(5)价格较高:高精度超声静力水平仪需要使用高质量的超声静力水平仪MCU、结合温度传感器和倾角传感器的数据，压电陶瓷换能器和罐体结构件采用软件算法补偿测距数据，成人成本高。
总结:超声波静力水平仪是一种精密的精致仪器，对使用环境要求较高，适合室内使用，如科研院所、地铁、隧道等环境温度变化较小的场景，液体介质室外现场和其他项目中，一些客户也在尝试使用，具体的使用效果有待验证。
3.压差静力水平仪
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