投入式液位变送器是一种用于测量液体深度的设备，其工作原理基于流体静压与液位高度的关系。以下是其核心原理和工作过程的详细说明：

1. 基本原理：流体静压测量

根据流体静力学原理，静止液体中某一点的静压（）与液位高度（ℎ）成正比，公式为：

⋅ℎ+atm

  • ：变送器检测到的总压力（单位：Pa）；

  • ：液体密度（单位：kg/m³）；

  • ：重力加速度（约9.8 m/s²）；

  • ℎ：液位高度（单位：m）；

  • atm：大气压（敞口容器中需扣除）。

变送器通过测量液体底部的静压，间接计算出液位高度。

2. 核心组件

  • 压力传感器：通常采用扩散硅或陶瓷电容式传感器，将压力信号转换为电信号。

  • 隔离膜片：防止液体直接接触传感器，适用于腐蚀性或粘稠介质。

  • 通气电缆或参考腔：用于补偿大气压（敞口容器需通大气，密闭容器需差压测量）。

  • 信号处理电路：将电信号放大、线性化，输出标准信号（如4-20mA、RS485等）。

3. 工作流程

  1. 压力传递：液体静压通过隔离膜片和填充液（如硅油）传递至传感器。

  2. 信号转换：传感器将压力转换为电阻或电容变化，再转为电信号（如mV级电压）。

  3. 补偿与处理：

    • 大气压补偿（敞口容器）：通过通气电缆将大气压引入传感器背面，抵消�atm，输出仅与液位相关的表压（�=��ℎ）。

    • 温度补偿：内置温度传感器修正因温度导致的密度（�）或传感器漂移。

  4. 输出信号：处理后的信号转换为4-20mA、0-10V或数字信号，供PLC/DCS读取。

4. 安装方式

  • 投入式：变送器沉入液体底部，通过电缆固定。

  • 侧装式：安装在容器侧壁，需保证与液体接触。

  • 注意事项：避免安装在流动剧烈或含气泡区域，防止测量误差。

5. 应用场景

  • 敞口容器（如水池、河流）：需通气电缆补偿大气压。

  • 密闭容器（如储罐）：需差压变送器，同时测量液体压力和顶部气压。

  • 介质适应性：可通过膜片材质（如316L不锈钢、PTFE）适应腐蚀性液体。

6. 优势与局限

  • 优点：结构简单、安装方便、无需移动部件。

  • 局限：依赖液体密度（�需恒定），高温或高粘度介质可能影响精度。

通过上述原理，投入式液位变送器实现了高精度、稳定的液位测量，广泛应用于水利、化工、石油等领域。