水位传感器设计 图解液位传感器的应用和原理，这回终于搞明白了
图解液位传感器的应用和原理，这回终于搞明白了
熟悉不同液位传感器的工作原理及优缺点，有助于帮助我们选择更合适的液位传感器，下面就是目前常见的液位传感器的检测原理。
1激光液位传感器
激光液位传感器是一种非接触式高精度液位传感器它的性能非常好。它与超声波液位传感器的工作原理很相近，只是把超声波换成光波。激光束很细，即使液位表面极其粗糙，它也能正常工作，激光式液位传感器可以接收的范围非常广，一般激光式液位传感器采用近红外光。它是通过利用半透射反射镜处理由光流发射出的激光。一部分作为基准参考信号输入时间变送器，另一部分通过半透射反射镜的激光经过光学系统处理成为一定宽度的平行光束照射在物体面上。反射波到达传感器接收部再转换成电信号。因为从照射到接受的时间很短，所以利用取样电路扩大成毫微秒数量级，便于信号处理，进行时间的测量。利用微机进行数据处理，变为数字显示液位值的模拟输出信号，再利用软件检测信号的可靠件，如果测定系统出现故障则报警。这种传感器适用于湖泊、河道、水库、明渠、潮汐、城市水文水位等监测领域。
2雷达液位传感器
雷达液位传感器，具备和激光测量原理同样的优势，并且不受测量介质的影响，受外部环境影响较小，无需重复校准，但测量的高度一般在6米以内，特别适用于带加热蒸汽的大型容器的罐内测量，如渣油、沥青等监测领域。
3超声波液位传感器
超声波液位传感器，原理是监测超声波发送与反射的时间差来计算液位高度，安装简单，灵活性较高，但容易受到超声波传播能量损耗的影响，不适用于吸波环境，如泡沫、粉尘、蒸汽等监测领域。
4静压式液位传感器
静压式液位传感器，测量原理是通过在底部安装压力传感器得到压力值。计算转换为液位高度，优点是不收液面高度的影响，但是高度越高，要求的液位传感器精度也越高，长时间使用或者更换液体时需要进行校准。广泛应用于城市的给排水、污水处理、水库、河道、海洋等监测领域。
5浮球式液位传感器
浮球式液位传感器，通过浮球的升降来测量液位的变化，为机械式检测，重复精度较差，不适合粘稠性或含杂质的液体，容易造成浮球堵塞。浮球式液位传感器的应用范围比较广且经济实用，常用于集水坑、消防水池、污水处理等监测领域，不适用食品卫生行业的监测领域。
6音叉振动液位开关
音叉振动液位开关，广泛应用在工业控制系统中，适用于几乎所有液体监测领域。例如，工厂冷却液罐和润滑剂罐等液位连续监控。其原理为：当液体或者散料填充两个振动叉时，共振频率改变时，依靠检测频率改变而发出开关信号。输出为开关量，不能测量连续高度。还有就是光电折射式测量，通过传感器内部发出光源，光源通过透明树脂全反射至传感器接受器，但遇到液面时，部分光线将折射至液体，从而传感器检测全反射回来光量值的减少来监控液面。光电折射式仅适用与透明液体的液位测量。
MS5805传感器液位检测设计方案
大家好，我是【广州工控传感★科技】MS5805传感器事业部，张工。
MS5805-02BA传感器是针对家电市场一款校准过的压力芯片。用信号调理芯片对MEMS压阻芯体输出进行温度和压力的校准和补偿，保证性能和可靠性的同时对封装进行了集成，易于使用。MS5805集成压力传感器可选量程0-200kpa，防水结构适合于压力敏感元件结构材料相兼容的非腐蚀性气体的差压检测，用于非接触式液位检测等领域，也适用于工业及物联网等领域MS5805支持数字输出IIC以及特有的频率输出功能。典型应用领域：洗衣机、洗碗机、咖啡机、净水器等家电上用于液位高度精确测量。
MS5805
一、MS5805传感器特性：
1. 压力量程：10至2000mbar
2. IIC数字输出,快速转换速率降至 0.5 ms
3. 100%校准，温度补偿
4. 低功率，0.6A（25℃时待机功率<0.15 A）,
5. 芯片正面进压方式进气，不易堵塞
6. 芯片封装内部防水防潮处理
7. 电源电压：1.8 至 3.6 V
二、MS5805-02BA参考应用结构
MS5805传感器参考应用结构如图所示，传感器连接至水箱底部，水箱内水位升高或降低的高度，将等比例对应液体压强变化，通过MS5805传感器可以实时得到水箱内液体高度，进而根据不同家电的控制逻辑，实现自动补给或输送水量。
MS5805
三、传感器数据处理
本文中液位检测设计方案是基于IIC数字输出形式的NSPGD1压力传感器，传感器测量数据与液位高度对应计算方法如下：
方法一：压力对应高度换算：
其中：P_f为液体在液桶底面产生的压强；ρ为液体密度，假设液桶中为水，则水的密度ρ为1.0*10^3kg/m^3；g为重力加速度9.8m/s；h为液体高度，则液体高度h可由下式得到：
MS5805-02BA传感器量程0kPa ~ 6kPa，则对应可测量液体高度h范围为：0~0.612.24m；考虑到实际气管安装在液桶底部，蓄水后，有一部分水会进入气管内，该部分水在气管内形成一部分压力，导致零点整体漂移，因此实际使用时需要对0点压力进行补偿，具体offset值由于气管内径及安装位置的不同，需实际测试得到：
方法二：直接标定换算：
通过直接测量标定容器液位高度h与传感器Pdata关系，得到实际高度h与Pdata传递函数，通过Pdata计算得到液位高度，从而免去中间压力换算引入的误差。
四、MS5805-02BA传感器实际应用及水流量计对比测试
1，水桶清空、水流量计清0、分别设置水位50mm、200mm、400mm、300mm并点击运行；
2，水面上升至51mm，压力换算水位50mm，流量计水位52mm。
3，水面上升至202mm，压力换算水位200mm，流量计水位205mm。
4，水面上升至400mm，压力换算水位401mm，流量计水位410mm。
5，水面下降至298mm，压力换算水位299mm，流量计水位308mm。
从表1设置水位高度为50mm、200mm、400mm、300mm的4个测试点，通过测试得到以下测试结果：
表2 MS5805传感器实际应用及水流量计对比测试结果：
由表2可以看出，MS5805的测量结果要比水流量计计算得到的结果精度高，四个测试点中：
50mm处测量误差最大为-1.96%（绝对误差1mm），但此时水位较低，误差所占此时水位高度比重大；在全量程中，基于对液体压力实时的测量，MS5805的测量结果误差不会累积，数据比较均衡，液位高度误差为1~2mm；流量计在运行时间长后由于脉冲累积误差导致误差变大测量误差最大2.68%，绝对误差达到10mm。
MS5805单个传感器测量精度0.2%，但由于整个DEMO系统误差包含亚克力液桶刻度不均匀、气管连接不可靠、人眼观察、液体流动引起振动等因素而引入的系统误差，因此实际应用中液位高度误差可通过合理布置安装及算法补偿得到控制。
MS5805
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