在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，及時(shí)獲知部分容器內的物料高度是十分重要的，而進(jìn)行該類(lèi)物位高度測量的監測儀表就被稱(chēng)為物位計。物位與溫度、壓力和流量一起統稱(chēng)為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的四大測量參數。物位計是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中的一類(lèi)重要監測儀表，關(guān)系著(zhù)生產(chǎn)過(guò)程的安全和質(zhì)量。

 

在實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)中，物位可以按照被測量介質(zhì)的物理狀態(tài)的不同來(lái)進(jìn)行分類(lèi)：粉狀、顆粒狀等固態(tài)介質(zhì)的高度被稱(chēng)為料位，液態(tài)介質(zhì)的高度被稱(chēng)為液位，兩種互不相溶、有分界面的固態(tài)或液態(tài)介質(zhì)的高度被稱(chēng)為相界面，對應的物位計分別被稱(chēng)為料位計、液位計、相界面計。

 

近年來(lái)，隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)向自動(dòng)化、大規模方向的持續發(fā)展，工藝流程的曰趨復雜，需要使用儀器儀表進(jìn)行檢測和控制的場(chǎng)景也越來(lái)越多，對液位計的適用工況、測量精度、響應速度等也提出了更高的要求。此外，隨著(zhù)微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，液位計的機電一體化趨勢更加明顯，并在不斷向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。

 

１，２．２液位計分類(lèi)及應用

隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，出現了越來(lái)越多的測量需要，舊式的液位測量?jì)x表的缺陷逐漸顯露，市場(chǎng)上隨之出現了多種液位測量?jì)x表�？梢园凑找何粶y量?jì)x表的測量方式不同，對其進(jìn)行劃分。不同液位計的性能比較如下表所示。��

（１）連通器式液位計；

連通器式液位計是指采用連通器原理來(lái)進(jìn)行測量的液位計。該類(lèi)液位計通常采用玻璃管材質(zhì)以便于讀取液位。連通器式液位計的優(yōu)點(diǎn)是：結構簡(jiǎn)單，價(jià)格低，測量直觀(guān)，適合于工業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)使用。不足之處是：需要人工讀數，測量精度低；在人工讀取液位時(shí)往往需要等待連通器內液位平穩，致使測量耗時(shí)長(cháng)、實(shí)時(shí)性差；連通器內表面容易因沾染污物而導致讀取液位困難，不適用于復雜液位測量場(chǎng)合或自動(dòng)化程度較高的工程項目；玻璃材質(zhì)較為脆弱，容易發(fā)生破損。

（２）浮力式液位計；

浮力式液位計是指根據浮標所受浮力來(lái)進(jìn)行測量的液位計。該類(lèi)液位計通常由浮標（或浮球、浮筒等）、傳感器和變送器組成。當液位變化時(shí)，浮標的位置或受到的浮力會(huì )發(fā)生變化，繼而被傳感器檢測，實(shí)現液位測量。浮力式液位計的

 

優(yōu)點(diǎn)是：結構簡(jiǎn)單，價(jià)格較低。不足之處是：在部分生產(chǎn)活動(dòng)中，液位的波動(dòng)范圍可能較大，測量精度會(huì )受到影響。并且由于浮力式液位計為接觸式測量，有活動(dòng)部件，因此維護量較大，對被測介質(zhì)類(lèi)型有一定限制，如粘度較低、液體內雜質(zhì)較少、腐蝕性較小等。

 

根據浮標所受的浮力是否變化，即浮標的位置是否固定，可以分為恒浮力式液位計和變浮力式液位計［１｜］。

 

恒浮力式液位計：該類(lèi)型液位計的浮標漂浮在液面上，浮標可以在較大的范圍內跟隨待測液位的起伏而產(chǎn)生位移變化，繼而通過(guò)傳感器實(shí)現液位測量，該類(lèi)液位計的特點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、價(jià)格較低，適用范圍廣［１２１。變浮力式液位計（又稱(chēng)浮筒式液位計）：該類(lèi)型液位計的浮標較大且與彈簧相連，浮標浸沒(méi)的深度隨著(zhù)待測液位的起伏而產(chǎn)生變化，產(chǎn)生浮力變化，使儀表內的彈簧發(fā)生形變，繼而通過(guò)傳感器實(shí)現液位測量，該類(lèi)液位計可以實(shí)現信號遠傳和自動(dòng)調節［１２，１３］。

（３）差壓式液位計；

差壓式液位計是指利用液體的壓力差來(lái)進(jìn)行測量的液位計。該類(lèi)液位計通常設置有兩個(gè)取壓口：氣相取壓口和液相取壓口。由于氣相介質(zhì)密度較低，在氣相取壓口至液位處的壓力差可以忽略不計，所以?xún)蓚�(gè)取壓口的壓力差即可以使為液面到液相取壓口之間液體所產(chǎn)生的靜壓力。繼而根據液體的壓力和高度關(guān)系，即可計算出待測液位。差壓式液位計的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可靠，可以實(shí)現遠傳和自動(dòng)調節，適用于大部分常溫常壓的工況，在工業(yè)上得到了廣泛的應用。不足之處是：差壓式液位計是先測量壓力再將其轉化為液位，所以測量精度必然會(huì )受到容器內大氣溫度和壓力、容器內介質(zhì)密度等的影響，精度較低，需要配套多種測試儀表進(jìn)行相關(guān)的密度補償，導致測量成本升高［１２１；對于一些需要大量程和遠傳的測量場(chǎng)合，差壓式液位計的引壓管安裝較為復雜，壓力管過(guò)長(cháng)會(huì )在傳輸過(guò)程中增大誤差；當容器內有大量的蒸汽時(shí)，蒸汽容易在氣相取壓口處冷凝成液體，造成取壓異常，從而產(chǎn)生極大的測量誤差，因此需要在氣相取壓口處安裝儲液罐并定期人工清理儲液罐，維護量較大，等等［１４］。差壓式液位計為接觸式測量，對被測介質(zhì)類(lèi)型有一定限制，如粘度較低、腐蝕性較小等。

（４）伺服式液位計；

伺服式液位計是指采用浮力平衡原理來(lái)進(jìn)行測量的液位計。該類(lèi)液位計通常采用伺服電機驅動(dòng)浮子上下移動(dòng)，構成一個(gè)閉環(huán)反饋系統，通過(guò)調節伺服電機使系統力矩平衡，使浮子在液面處受力平衡，隨液位變化而升降，繼而通過(guò)傳感器實(shí)現液位測量。伺服式液位計的優(yōu)點(diǎn)是：測量精度高（可達ｌｍｍ），可靠性高，性?xún)r(jià)比高，安裝改造維護方便，可以實(shí)現掛料補償，可以實(shí)現遠傳控制，并可測量?jì)煞N介質(zhì)（如油和水）的分界面，在測量?jì)�罐液位，尤其是測量油田的采油廠(chǎng)的油水界面中得到了廣泛的應用［１５，１６］。不足之處是：長(cháng)期使用后機械活動(dòng)部件會(huì )發(fā)生磨損，產(chǎn)生較大的測量誤差。

（５）電容式液位計；

電容式液位計是指采用電容感應原理來(lái)進(jìn)行測量的液位計。該類(lèi)液位計內電容的兩極通常設為液位計金屬桿和容器壁，當液位變化時(shí)，金屬桿電極浸潤的高度發(fā)生變化，引起兩電極間電容量的變化，繼而通過(guò)傳感器實(shí)現液位測量。電容式液位計的優(yōu)點(diǎn)是：在原理上與溫度、濕度、壓力等因素無(wú)關(guān)，可用于高溫高壓工況的液位測量，具有較好的抗干擾性和可靠性，安裝簡(jiǎn)單，成本低，可以用于粉狀、顆粒狀固體物料的測量，可以用于腐蝕性液體的測量，可以實(shí)現遠傳。不足之處是：無(wú)法測量介電常數較低的液體，且如果被測介質(zhì)和液面上方氣相介質(zhì)的介電常數不穩定會(huì )影響測量精度［１７，１８］。

（６）磁致伸縮式液位計；

磁致伸縮式液位計是指采用磁致伸縮效應來(lái)進(jìn)行測量的液位計。該類(lèi)液位計通常由表頭、探測桿和內部裝有磁環(huán)的浮子組成，浮子跟隨待測液位的起伏而升降。液位計表頭部分發(fā)射的脈沖電流會(huì )沿探測桿形成一個(gè)磁場(chǎng)，和浮子產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用生成一個(gè)返回脈沖，通過(guò)測量發(fā)射脈沖電流和返回脈沖的時(shí)間間隔，即可計算待測液位。該類(lèi)型液位計的優(yōu)點(diǎn)是：耐高溫高壓，可靠性高，安裝方便，便于安裝和維護，可用于兩種不同液體之間的界面測量，且有較高的測量精度（可達土〇．５＿）。不足之處是：不適用于強電磁輻射工況；不適用于對高粘度或高腐蝕性的介質(zhì)進(jìn)行測量［１９］。

（７）超聲波式液位計；

超聲波液位計是指采用超聲波回波測距原理來(lái)進(jìn)行測量的液位計。該類(lèi)液位計通過(guò)測量發(fā)射波和反射回波之間的時(shí)間差來(lái)計算待測液位。超聲波式液位計的優(yōu)點(diǎn)是：精度較高，響應速度快，為非接觸式測量，安裝維護方便。不足之處是：超聲波屬于機械波，傳播介質(zhì)的溫度、壓力、氣流、蒸汽和泡沫等均會(huì )對信號產(chǎn)生較大的影響；不適用于測量易揮發(fā)性介質(zhì)在密閉的環(huán)境中會(huì )發(fā)生多次反射，影響測量結果，因此不適用于復雜惡劣工況［２Ｇ］。

（８）雷達式液位計；

雷達液位計是指采用電磁波回波測距原理來(lái)進(jìn)行測量的液位計。該類(lèi)液位計的表頭部分發(fā)出高頻電磁波，經(jīng)過(guò)液面的反射后產(chǎn)生回波被表頭接收，通過(guò)測量發(fā)射波和反射回波之間的時(shí)間差即可計算液位。傳播介質(zhì)的溫度、壓力、氣流和蒸汽等對電磁波信號的影響較小。雷達式液位計的優(yōu)點(diǎn)是：測量精度高，響應速度快，可靠性高，安裝維護方便，受空氣介質(zhì)影響極小，適用于高溫高壓等多種復雜工況［２Ｇ，２１：Ｉ。不足之處是：價(jià)格較高。

 

根據雷達液位計發(fā)射電磁波的模式，可以將其分為兩類(lèi)。脈沖波式雷達液位計：該類(lèi)型的液位計周期性發(fā)射固定頻率的電磁波脈沖，可以直接分析發(fā)射波和反射回波的時(shí)間差，計算液位。發(fā)射的電磁波的頻率越高，測量精度也越高（量程在５ｍ內精度可達土５＿，量程在５ｍ外精度可達±０．１％）。常見(jiàn)的雷達式液位計均采用脈沖波式。

 

調頻連續波式雷達液位計：該類(lèi)型的液位計持續發(fā)射調制頻率的電磁波

（FｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ，ＦＭＣＷ），電磁波的頻率是持續變化的，按照調頻方式有三角波、鋸齒波等，通過(guò)分析反射波和反射回波的頻率差來(lái)計算時(shí)間差，進(jìn)而計算液位［２２］。該類(lèi)型液位計的特點(diǎn)是：測量精度高（可達±０．１％），抗干擾能力強，但結構較為復雜，功耗和成本也更高，應用較少。根據雷達液位計的結構，可以將其分為兩類(lèi)。天線(xiàn)式雷達液位計：該類(lèi)型的液位計發(fā)射的電磁波在氣相介質(zhì)中進(jìn)行傳播，為非接觸式測量。天線(xiàn)式雷達液位計的優(yōu)點(diǎn)是：安裝維護方便。不足之處是：電磁波在密閉罐體環(huán)境中會(huì )產(chǎn)生多次反射，產(chǎn)生干擾回波影響測量精度；當被測介質(zhì)介電常數較�。ㄏ鄬�介電常數小于４．０）時(shí)會(huì )影響回波的強度，因此也不適用于介電常數較小的介質(zhì)的液位測量。

 

導波雷達液位計：該類(lèi)型的液位計發(fā)射的電磁波由導波桿進(jìn)行傳播，為接觸式測量。導波雷達液位計的優(yōu)點(diǎn)是：電磁波在導波桿中傳播，改善了天線(xiàn)式雷達液位計能量損耗較大的情況，回波信號質(zhì)量高，測量結果可靠性更高，適用于高溫高溫等惡劣工況下的測量，適用于介電常數較小的介質(zhì)的液位測量（相對介電常數可低至１．２）。不足之處是：對于需要較大量程的工況，導波桿過(guò)長(cháng)會(huì )導致安裝和維護不便；導波桿在粘稠液體中容易發(fā)生掛料，影響測量精度。