超声波、雷达、投入式液位计的比较

前言

在智慧水务的各种不同的场景中，液位计是在智慧水务的各种不同的场景中，十分常见的感知层设备。液位计通过测量液体的高度，可以准确地监测水槽、水箱、水位井等容器中的水位变化，为智慧水务系统提供重要的数据支持。

在供水系统中，液位计用于监测水库、水厂和水井的水位，可以及时提醒运营人员水源的储备情况，确保供水的稳定性和可靠性。

在污水处理系统中，液位计常用于监测污水收集池、沉淀池、曝气池和污泥池等的液位。

在雨水收集系统、水泵控制系统以及液体输送管道中，液位计也发挥着重要作用。通过监测液位的变化，液位计可以实时掌握雨水收集量、水泵状态和管道压力，为系统的智能控制和管理提供准确的数据支持。液位计通过准确感知和监测液体的高度变化，为系统的实时监控、数据分析和决策提供重要的信息。

一.液位计所执行的国家标准

1.GB/T 11828.1-2019 水位测量仪器 第1部分：浮子式水位计

2.GB/T 11828.2-2022 水位测量仪器 第1部分：压力式水位计

3.GB/T 11828.3-2012 水位测量仪器 第1部分：地下水位计

4.GB/T 11828.4-2011 水位测量仪器 第1部分：超声波水位计

5.GB/T 11828.5-2011测量仪器 第1部分：电子水尺

6.GB/T 11828.6-2008 水位测量仪器 第1部分：遥测水位计

二、投入式液位计

1.投入式液位计的测量原理：

投入式液位计通常包括浮子液位、压力式液位计

浮子液位计式通过浮子的沉浮来测量液位的高度。而压力式液位计则是在液位计中安装一个压力传感器，测量液体表面上方的压力，随着液位高度的变化，液体的压力也会发生相应的变化。在选择和使用液位计时，需要注意具体的应用需求和液体性质选择合适的液位计类型。

2.投入式液位计的结构：

一般采用多晶硅、陶瓷、或者电容压力传感器，将静压转成电信号。并对信号进行放大、校正、补偿、结果显示的变送器，导气和连接电缆组成。

 

3.投入式液位计的优缺点：

优点：

（1）. 精确度高：投入式液位计可以提供准确的液位测量结果，能够满足对液位精度要求较高的应用。 

（2）. 实时监测：通过投入式液位计可以实时监测液体的液位变化，及时掌握液位高度的变化情况。

（3）. 可靠性高：结构简单、安装方便、价格较低。 

 缺点： 

 清洁维护困难：由于投入式液位计直接接触液体，容易受到液体污染和堵塞，对于特殊介质需要更频繁的清洗和维护。

三、超声波液位计

1.测量原理：

超声波是利用回波测距原理的非接触式仪表。即利用超声波在空气和液体之间的传播速度差异，通过测量超声波的往返时间来确定液位高度。

液位计内部的超声发射器产生超声波，通常采用的频率为20kHz到200kHz范围内的声波。

超声波从液位计的探头发出，经过空气中的传播，最后达到目标液体表面。当超声波达到液体表面时，一部分超声波会被液体表面反射回液位计。液位计的接收器会接收到反射回来的超声波。液位计会测量发射超声波到接收超声波之间的时间差，即超声波的往返时间。根据声速和超声波的往返时间，液位计可以计算出液体到液位计的距离，从而确定液位的高度。

计算公式如下：

其中，c为超声波在空气中的传播速度，t为超声波由液位计到水面往返一次的时间。

 

2.超声波液位计的优缺点：

优点： 

非接触式测量：超声波液位计采用非接触式测量原理，避免了对液体性质的影响和污染。

高精度测量：超声波液位计具有较高的测量精度，通常可以达到毫米级别的测量精确度，适用于对液位测量精度要求较高的应用。

宽测量范围：超声波液位计通常具有较大的测量范围，可以适应不同液位高度的测量需求，从几厘米到几十米不等

实时监测和远程监控：超声波液位计可以实时监测液位的变化，并通过数字信号输出，方便与其他系统集成，实现远程监控和数据传输。

缺点：

受环境影响：超声波液位计的测量精度受到环境因素的影响，例如温度、压力和湿度等，需要进行相应的温度和气压补偿，以提高测量的准确性。

不适用于气体测量;

成本较高

 

4.雷达液位计

雷达液位计也是利用回波测距原理的仪表。雷达是利用电磁波作为能量波的液位计。雷达液位计按照结构可分为天线式和导波式。天线式通过天线发射和接收电磁波，其结构与超声波液位都极为相似。

 

 

 

（1）.导波雷达和雷达的区别

导波雷达是一种特殊的雷达技术，通常是采用脉冲波的方式工作，所不同的是在于微波脉冲不是通过空间传播，而是通过导波杆或导波导管将电磁波引导到测量区域，并测量电磁波的传播时间来确定液位或接口位置。

它具有较高的测量精度和抗干扰能力，适用于工业过程控制领域。

（2）高频雷达和低频雷达的区别

低频雷达通常工作在几百MHz到几千MHz的频率范围内，具有较长的波长和较低的频率。

长距离探测能力：由于低频雷达具有较长的波长，其信号在传播过程中的衰减相对较小，因此具备较强的探测目标的能力。

对大目标的散射反应较强，小目标的分辨较差；

高频雷达通常工作在几GHz到几十GHz的频率范围内，具有较短的波长和较高的频率。

较高的分辨能力：高频雷达具有较短的波长，能够提供较高的空间分辨率；

小目标的散射反应较强，大目标的探测距离相对较短：由于高频雷达的波长较短，对于小尺寸目标的散射反应较为敏感，能够提供较好的目标分辨能力。

雷达液位计的优缺点：

雷达液位与超声波液位计在测量原理上基本相同，因此优缺点与超声波液位相比类似，但仍有以下特点：

雷达不受介质特性的影响，如压力、温度、真空度等，所以测量精度比超声波更高；

雷达可以代替超声波液位在有泡沫的场合下使用；

液位计是污水处理工程不可缺少的重要仪表，它种类繁多，根据介质和现场条件的不同，各类液位计各具优势，因此，应根据具体的特点，从测量介质、安装位置、仪表精度、价格、使用寿命和维护成本等多方面考虑。