【云原生】云端数据之液位模拟量全方位诠释

前言

什么是模拟量，模拟量是指以电压、电流的形式连续变化的物理量，反映着客观事物和物质能量的变化，使我们能准确的知晓肉眼计算不出的很多微观存在。模拟量在现代科技发展的潮流中扮演着非常重要的角色，与人类的生产和生活息息相关，比如温度、压力、液位等，哪一个都是从模拟量中来。学一学模拟量，你将会对这个世界有一番新的特别的认识。下面，让我们从液位模拟量开始学习。

一、液位概述

1、什么是液位

液位可归纳的范畴为液态物质的存在高度。大如江河湖海液位，小到水箱液位等。
其测量单位主要有m、cm、mm等，换算关系为1m=1x100cm=1x1000mm。
我们用一组图来直观的认识液位。
下图为云端组态画面水箱液位展示图：

下图为云平台液位数据展示：

下图为现场设备实际测量的两个水箱展示图：

2、液位测量方式

液位测量分为位式测量和连续测量两大类。
位式测量：检测液位是否达到上限、下限等某个特定的位置称为位式测量，能实现位式测量的仪表有液位接近开关、液位浮球开关等。
连续测量：连续不断地测量液位的变化情况，能实现连续测量的仪表有液位计或 液位变送器 。

测量仪器传感器变送器

3、液位模拟量

液位模拟量一般分为电流式液位模拟量和电压式液位模拟量。
电流式液位模拟量：其反馈信号为DC电流信号，一般有0-20ma和4-20ma两种，正常使用4-20ma。
电压式液位模拟量：其反馈信号为DC电压信号，一般有0-10v和0-5V两种。
其产生机理归根结底为：在特定量程下，液体静压差带动感应器产生变化的电流和电压信号。
电子元器件级电路图大致如下图所示：

而液位模拟量信号的接收大致由PLC的模拟量输入模块来接收。
西门子smart PLC 模拟量输入模块接收时：
0到27648数字量程对应液位模拟量的0-20ma、0-10V和0-5V模拟量量程；
5529到27648数字量程对应液位模拟量的4-20ma模拟量量程；

三菱FX3U PLC 模拟量输入模块接收时：
0到32767数字量程对应液位模拟量的0-20ma、0-10V和0-5V模拟量量程；
6553到32767数字量程对应液位模拟量的4-20ma模拟量量程；

二、液位变送器

1、工作原理

液位变送器传感器探头是在扩散硅片上扩散一个惠斯通电桥，被测介质（气体或液体）施压使桥壁电阻值发生变化（压阻效应），产生一个差动电压信号，此信号经专用放大器将量程相对应的信号转化成标准模拟信号或数字信号。

2、技术参数案例

测量介质：水（与304不锈钢兼容）
整体材质：膜片———316L不锈钢（与介质接触） 引线—————聚氯乙烯（与介质接触）
外壳———304不锈钢 密封件————丁腈橡胶（与介质接触）
液位量程：0～5M（详见选型表）
输出信号：4～20mA（默认发货）、0～10V、0～5V、1～10V、1～5V、0.5～4.5V（定制）
RS485（标准Modbus-RTU协议）
供电电压：12～36VDC（非常规定制）
精度等级：0.5%FS （量程≥10KPa 默认）
0.25%FS （量程≥10KPa 定制）
1%FS （量程小于等于10KPa 默认）
工作条件：介质温度 -20～85℃
环境温度 -20～85℃
环境湿度 0%～95%RH（无冷凝、无结露）
温度补偿 -10～70℃
抗震性能：10g（20…2000HZ）
过载能力：200%量程
响应频率：模拟信号输出≤500HZ、数字信号输出小于等于5HZ
稳定性能：±0.1%FS/年
温度漂移：±0.01%FS/℃（温度补偿范围内）
防护等级：IP65（无显示）、IP54（有显示）
最大功率：≤0.02Us（W）

3、液位变送器分类

液位变送器一般分为侧装液位变送器和投入式液位变送器两种。

1、侧装液位变送器

侧装式液位变送器探头和接线部分不沉浸在液体中，适合水箱底部或侧面安装使用。常用的接线为两线制，DC24V电源供电。量程单位是千帕（kpa）级，基于大气压强原理，0.1kpa对应1米液位，一般常用的有100kpa（10米量程）、50kpa（5米量程）、30kpa（3米量程）、20kpa（2米量程）和10kpa（1米量程），如图所示：

2、投入式液位变送器

投入式液位变送器是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号。经过温度补偿和线性校正，转换成4-20mADC标准电流信号输出。

三、液位变送器材质区别

1、304材质液位变送器

304材质的液位变送器适合水质良好，客户要求也不高的工况环境，成本较低。在不用整体浸没在水中测量、要求也不高、成本也需考虑的地方,侧装式液位变送器首选304材质的液位变送器。

2、316材质液位变送器

316Ｌ材质的液位变送器采用316Ｌ不锈钢隔离膜片的ＯＥＭ压力传感器作为信号测量元件，并经过计算机自动测试，用激光调阻工艺进行了宽温度范围的零点和灵敏度温度补偿。放大电路位于不锈钢壳体内，将传感器信号转换为标准输出信号，充分发挥了传感器的技术优势，使液位变送器具有优异的性能。它抗干扰、过载和抗冲击能力强、温度漂移小、稳定性高，具有很高的测量精度，是工业自动化领域理想的液位测量仪表。
316Ｌ材质的液位变送器适合对水质要求极高的工况环境，比如说超纯水、电子半导体、制药、医疗等行业。价格会相对贵一些，但不容易生锈和被腐蚀，自身对水质的影响也很小。

3、特殊材料液位变送器

特殊材料液位变送器可适用于 酸性、碱性、高温、高压、 强腐蚀、易结晶、防堵塞、防冷结以及 固体粉状、粒状物料等特殊条件下的液位，料位或物位的连续检测，可广泛应用于各种工业过程中的复杂环境液位检测控制。

总结

本篇从云端液位数据追踪至底层液位变送器，相信大家阅读后对云端数据其背后的真正含义又有了新的认识。
1、云端液位数据是通过液位变送器得来。
2、底层液位变送器不同的使用场景赋予了数据本身不一样的深层含义。