靜力水準儀的測量原理和分類

靜力水準儀的測量原理

       靜力水準儀是依據“連通管"原理工作的：兩端開口與大氣相通的U型管注入液體后，液體在大氣壓力和重力的作用下，最終會保持在同一個水平面。測量出測點液位的變化，即可得到測點的位置變化。

       根據這個原理，市面上出現了液位式靜力水準儀和壓差式靜力水準儀。液位式水準儀是通過測量每個測點液位變化的高度來計算沉降的，而壓差式靜力水準儀是通過計算不同測點間的液體壓力變化量再除以液體的密度和重力加速度得到沉降值。

靜力水準儀的分類

液位式靜力水準儀由于原理簡單，液位變化直觀，測量液位的技術簡單成熟，因此種類繁多。液位測量的方式有機械式、非機械式兩種。

1）機械式的液位測量是在液位中放入浮球，液位變化時，浮球會隨液位而變動，測量出浮球的位置變化，即可得到液位的變化。常見的測量浮球位置變化是通過磁致伸縮原理來實現的。

2）非機械式的液位測量方式有超聲波、電容，毫米波雷達、機器視覺、壓差。

a.超聲波、毫米波液位測量是利用超聲波或電磁波遇到液體與氣體的界面時會發生反射的原理，測量出超聲波在液體中傳播所用的時間，根據液體中聲波的速度，求出液位的。

b.機器視覺是利用攝像裝置，觀察輔助激光光束在液面的光斑位置變化，求出液位變化的。由于攝像裝置的光學器件會收到水蒸氣的遮蔽、侵蝕等影響，對視頻數據的解算需要硬件和軟件支持，結構復雜，體積較大、成本較高，目前極少有應用，因此本文不做展開介紹。

c.電容式液位測量原理是利用液位變化時，液體與上方的金屬之間的電容會發生變化。通過測量電容的變化，可求出液位的變化。由于影響到電容的不僅是兩極板之間的距離，液體上方的空氣密度、溫度、結構件幾何尺寸都會影響到電容的變化，且測量的量程較小。由于電容式液位測量的缺點，目前市場上已經很少見。

d.壓差式是基于不同測點的壓力值不同，在一段監測距離內，通過基準點和監測點的測量數據變化情況，來對被監測現場進行數據分析判斷預警，測量范圍與其他方式相比量程更廣。

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