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一：简介

液位计就是用来测量并显示罐体内液位高度的，液位计的种类非常多。常用液位计有：玻璃管液位计、磁翻板液位计、静压液位计、差压式液位计、浮球液位计、雷达液位计、电容式液位计、射频导纳液位计、磁致伸缩液位计、伺服式液位计等；测量物位的有超声波物位计和放射性物位计等。

从测量原理上来说可以分为接触式测量与非接触式测量、压力式原理测量等。下面我们逐一介绍各种液位计的工作原理及应用。

二：工作原理

1：玻璃管液位计

原理：

玻璃管液位计是基于连通器原理设计的，由玻璃管及液位计主体构成的，液体通路是经接管用法兰或锥管螺纹与被测容器连接构成连通器，透过玻璃管观察到的液面与容器内的液面相同即液位高度。

按HG21592-95标准生产的液位计，其两端的针型阀不仅起截止阀的作用，其内部的钢球具有逆止阀的功能，当液位计发生意外破损泄漏时，钢球可在介质压力作用下自动关闭液体通道，防止液体大量外流起到安全保护作用，前提是罐内压力＞0.2Mpa。液位计改变零件的材料或增加一些附属部件即可达到防腐、保温、防霜、照明等功能。

此外还有一个玻璃管液位计的标准是：JB/T9243-1999。

由于玻璃管易碎，一般玻璃管液位计都会带护套以保护玻璃管，有的液位计还会带取样阀，用于取样罐内液体，或者检修时放尽玻璃管液位计内的液体。

一般推荐玻璃管液位计长度不要超过2米，如果要测量超过2m高的液位的话，推荐采用多段交错安装，如下图所示：

适用范围及特点：

玻璃管液位计具有结构简单、经济实用、安装方便、工作可靠、使用寿命长等优点。

但是缺点也很明显：内表面易沾污，造成读数困难，不便于远传和调节。

作为基本的液位指示液位计，该产品广泛运用于在最简单液位测量场合和自动化程度不很高的大型工程项目中液位的测量和监测。

玻璃管液位计安装要按照以下步骤：

(1)、液位计安装前，请小心的拆开箱子，以免因为箱子上的钉子弄碎玻璃。然后安装的时候不要过重的敲击玻璃管液位计本体。不要有过大的振动。

(2)、液位计安装后，当介质温度很高时，不要马上开启阀门，应预热20-30分钟，待玻璃管有一定温度后，再缓慢开启阀门。

阀门开启程序：先缓慢开启上阀门，再缓慢开启下阀门，使被测介质慢慢进入玻璃管内。

(3)、液位计在使用中，应定期清洗玻璃管内外壁污垢，以保持液位显示清晰。清洗程序：先关闭与容器连接的上、下阀门，打开排污阀，放净玻璃管内残液，使用适当清洗剂或采用长杆毛刷拉擦方法，清除管内壁污垢。

2：磁翻板液位计

原理：

根据浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。当被测容器中的液位升降时，磁翻板液位计主导管中的浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时，翻柱由白色转为红色，当液位下降时，翻柱由红色转为白色，指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度，从而实现液位的指示。

可就地显示和远程控制。用于远程控制时，浮球中的磁体和传感器（磁簧开关）作用，使串联入电路的元件（如定值电阻）的数量发生变化，进而使仪表电路系统的电学量发生改变。也就是使磁性浮子位置的变化引起电学量的变化。

通过检测电学量的变化来反映容器内液位的情况。可以直接输出电阻值信号，也可以配合使用变送模块，输出电流值（4～20mA）信号；同时配合其他转换器，输出电压信号或者开关信号。从而实现电学信号的远程传输、分析与控制。

磁翻板液位计具有就地显示的直读式特性。不需多组液位计组合。

由于具有磁性耦合隔离器密闭结构。尤其适用于易燃、易爆和腐蚀有毒液位检测。从而使原复杂环境的液位检测手段变得简单和可靠安全。

根据安装位置的不同有侧装式磁翻板液位计，顶装式液位计。

相关标准：HG/T 21584-1995 磁性液位计

适用范围：

广泛运用于石油加工、食品加工、化工、活性炭投加装置、石灰投加系统、高锰酸钾投加设备、加药设备、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量、控制与监测。

优点：磁性浮子液位计可以做到高密封，防泄漏和适用于高温、高压、耐腐蚀的场合。对高温、高压、有毒、有害、强腐蚀介质更显其优越性。

缺点：磁性浮子与介质直接接触，浮球密封要求要严格，不能测量粘性介质。磁性材料如退磁易导致液位计不能正常工作，翻板容易卡死，造成无法远传指示。

3：静压液位计

原理：

压力传感器深入或接触被测量液体时，将受到的介质压力P与被测量液体的液位的高度h成正比例，且线性度很高：

即：P=ρgh其中：

ρ：被测量介质的密度（kg/m3）

g：当地的重力加速度（m/s2）

h：被测量液体的高度（m）

对于一定的被测量介质和同一个地点，ρ和g均为常数。很容易得到：h=P/(ρg)

上面的表达式就是液位变送器工作原理中的核心公式。

通过安装在容器底部的变送器探头（上面装有传感器）检测到和液位高度成正比的压力并转换成电信号，传输到储液容器上的转换单元，通过转化把这种和液位高度相关的电信号变成4~20mA的标准信号并输出。

静压液位计有底装式，投入式。

静压液位计仅仅用于罐类与大气相通的液位液位测量，如果罐内有压力则应该采用压差式液位计。

优点：静压与液位成正比，因此利用压力表测量基准面上液柱的静压就可测得液位。普及范围广，容易校准。

缺点：由于其受介质密度和温度影响很大，所以常常精度比较差，而为消除这些影响，需要很多其他测试仪表，结果搭建一套完善的静压测量系统价格很高。

4：差压式液位计

原理：

差压液位变送器是通过测量高低压力差，再由转换部件转换成电流信号传送到控制室的电器元件。差压式液位计主要用于密闭有压容器的液位测量。差压的大小同样代表了液位高度的大小。用差压计测量气、液两相之间的差压值来得知液位高低。

用差压变送器测量液位时，由于差压变送器安装的位置不同，正压和负压导压管内充满了液体，这些液体会使差压变送器有一个固定的差压。在液位为零时，造成差压计指示不在零点，而是指示正或负的一个指示偏差。

为了指示正确，消除这个固定偏差，需要把零点进行向下或向上移动，也就是进行'零点迁移'。这个差压值就称为迁移量。如果这个值为正，即称系统为正迁移；如果为负，即系统为负迁移；如果这个值为零时，即为无迁移。

应用范围：

该产品具有可靠的性能和优良的测量水平。一般适用于水基介质、原油或其他液位物位的测量。当使用浸入法测量并控制液位时，使用标准输出信号的液位变送器是很方便的：可以与数控仪表直接联用，而且具有互换性。

优缺点同静压液位计

5：浮球液位计

原理：

浮球液位计结构主要基于浮力和静磁场原理设计生产的。带有磁体的浮球（简称浮球）在被测介质中的位置受浮力作用影响：液位的变化导致磁性浮子位置的变化。浮球中的磁体和传感器（磁簧开关）作用，使串联入电路的元件（如定值电阻）的数量发生变化，进而使仪表电路系统的电学量发生改变。也就是使磁性浮子位置的变化引起电学量的变化。

通过检测电学量的变化来反映容器内液位的情况。该液位计可以直接输出电阻值信号，也可以配合使用变送模块，输出电流值（4～20mA）信号；同时配合其他转换器，输出电压信号或者开关信号。从而实现电学信号的远程传输、分析与控制。

注意：被测介质不应含有铁磁性杂质。

浮球液位计有以下三种安装方式：

1：侧底安装 2：顶置安装  3：侧侧安装

6：雷达液位计

原理：

雷达液位计是一种基于时间行程原理的微波液位计，它是微波（雷达）定位技术的一种运用。它是通过一个可以发射能量波（一般为脉冲信号）的装置发射能量波，能量波遇到障碍物反射，由一个接收装置接收反射信号。根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理，最终转化成与物位相关的电信号。

在微波物位测量设备中，使用的能量波通常是频率为8.3GHz（大多在6GHz左右，也有更高频率的）的高频电磁波。该设备使用的能量波是脉冲能量波。一般脉冲能量波的最大脉冲能量为1mW左右（平均功率为1μW左右），不会对其他设备以及人员造成辐射伤害。

适用范围及特点：

雷达液位计用于对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触连续测量，适用于温度、压力变化大、有惰性气体或蒸汽存在的场合。它采用微波脉冲（PTOF）的测量方法，并可在工业频率波段范围内正常工作。波束能量低，可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对人体及环境均无伤害。

优点：

1、无盲区，高精度

2、不需要传输介质，不受压力变化、真空、温度变化、惰性气体、烟尘、蒸汽等环境影响，能用于挥发介质的测量。

3、输出信号为4mA～20mA/HART协议，标定简便、通过数字液晶显示轻松实现现场标定操作，通过软件实现简单的组态设定和编程

4、可用于高温工况，高达200℃过程温度，当采用高温延长天线时可达350℃。

缺点：价格昂贵，仪表需要设置的参数较多；天线不慎沾上介质会报错；如有结冰现象需清理天线；最初安装需要罐类无介质。

7：电容式液位计

原理：

电容式液位计的测量原理，振荡电路的振荡频率和电容值有关，物位的改变引起系统电容的变化，进而改变振荡电路的振荡频率。传感器中的振荡电路可以把液位变化引起的电容量改变转换为频率的变化，并送给电子模块，通过的计算分析处理后转换为工程量显示出来，从而实现了液位的连续测量。

它由传感器、二次仪表以及其他附件构成。传感器放在罐顶，探极垂直伸进罐内，二次仪表放在其他合适的地方。传感器把液位的变化转变成与之对应的电脉冲信号，远传给二次仪表处理显示液位高度，并有高/低限报警和4～20mA变送输出，适用于液体/固体物料作物位高度显示、报警、控制和远传显示或组成系统。

适用范围与特点：

优点：结构简单、安装方便、性能可靠的优点；同时电极为不锈钢材料制造、耐腐蚀性强、绝缘和导电性物料均能使用，且维修量小。

缺点：介电常数需稳定，否则会有较大误差。不适于介电常数或物料湿度变化过大的场合及物料颗粒大于15mm而不能与电极良好接触的固体介质。

该液位计可广泛的应用于石油、化工、电力、冶金、食品、环保等工业部门对开口或有压容器中的物位进行监测。

8：射频导纳液位计

原理：

射频导纳是一种从电容式发展起来的、防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的新型物位控制技术，是电容式物位技术的升级。所谓射频导纳，导纳的含义为电学中阻抗的倒数，它由电阻性成分、电容性成分、感性成分综合而成，而射频即高频无线电波谱，所以射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。

仪表工作时，仪表的传感器与灌壁及被测介质形成导纳值，物位变化时，导纳值相应变化，电路单元将测量导纳值转换成物位信号输出，实现物位测量。使得产品防挂料（传感器粘附之物料称为挂料）性能更好、工作更可靠、测量更准确、适用性更广的物位控制技术。

主要由传感器模块、电子模块和其它一些连接器件构成。传感器单元主要包括三部分：测量探极、屏蔽极及接地端。被测物料的高度反映为测量探极与容器壁间导纳的变化情况，当物料到达开关工作点时，电子单元作出反应，驱动继电器动作，输出开关信号。

屏蔽极可防止由于电极上有挂料而产生误动作信号，仅当物料真正达到设置点时，才输出开关控制信号。

适用范围及特点：

微波物位控制器采用先进的射频导纳技术，克服了电容式物位开关不能消除导电挂料影响的缺陷。具有如下特点：

通用性强：适用于各种场合，可检测颗粒、飞灰、导电、非导电液体、粘稠物料；

抗粘附电路：先进的抗粘附电路设计，可以消除物料的粘附而产生虚假错误信号；

失电保护模式：低位或高位故障报警。现场可调。

广泛适用于液体、浆体、粉尘、料位以及两种液体界位的报警与控制。可增加现场工作状态指示，是一种性价比极高、稳定可靠的物位开关。

9：磁致伸缩液位计

原理：

磁致伸缩液位计的传感器工作时，传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在磁致伸缩液位计的传感器测杆外配有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。

在浮子内部有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。

优点：磁致伸缩液位计精度较高，适用于油类液体，可测油水分界面。

缺点：磁致伸缩型液位计由于其接触的测量方式和较高的安装、维护要求，所以市场普及不广。

10：超声波液位计

原理：

超声波液位计是通过一个可以发射能量波（一般为脉冲信号）的装置发射能量波，能量波遇到障碍物反射，由一个接收装置接收反射信号。

根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理，最终转化成与物位相关的电信号。一次探头向被测介质表面发射超声波脉冲信号，超声波在传输过程中遇到被测介质（障碍物）后反射，反射回来的超声波信号通过电子模块检测，通过专用软件加以处理，分析发射超声波和回波的时间差，结合超声波的传播速度，可以精确计算出超声波传播的路程，进而可以反映出物位的情况。

超声波液位计属于声波，需要有传输介质，所以会受罐内温度压力的影响。

优点：无机械传动部分，可靠性高，属于非接触测量，且不受液体粘度、密度等影响。

缺点：有测量盲区，罐内有压力不推荐采用，不可测易挥发性介质。

11：伺服式液位计

原理：

伺服式液位计基于浮力平衡的原理，由微伺服电动机驱动体积较小的浮子，能精确地测出液位等参数。当液位计工作时，浮子作用于细钢丝上的重力在外轮鼓的磁铁上产生力矩，从而引起磁通量的变化。

轮鼓组件间的磁通量变化导致内磁铁上的电磁传感器(霍尔元件)的输出电压信号发生变化。其电压值与储存于CPU中的参考电压相比较。当浮子的位置平衡时，其差值为零。当被测介质液位变化时，使得浮子浮力发生改变。其结果是磁耦力矩被改变，使得带有温度补偿的霍尔元件的输出电压发生变化。

该电压值与CPU中的参考电压的差值驱动伺服电动机转动，调整浮子上下移动重新达到平衡点。整个系统构成了一个闭环反馈回路，其精确度可达±0.7mm，而且，其自身带有的挂料补偿功能，能够补偿由于钢丝或浮子上附着被测介质导致的钢丝张力的改变。

仪表通过浮子检测浮力，通过测量钢丝检测张力并以长度测量液位。

优点：不仅可以测量介质液位，同时还具有密度测量功能、油水界面测量功能、介质的平均密度和密度分布测量功能。

缺点：当测量介质粘稠度较高，存在挂壁及粘黏的特性时，伺服液位计在测量上会存在较大的测量误差，不太适合应用在此类介质的液位测量上。

12：音叉液位计开关

原理：

音叉式物位控制器是一种新型的物位开关。它是利用音叉振动的原理设计制作的。它是在音叉物位开关的感应棒底座，透过压电晶片驱动音叉棒，并且由另外一压电晶片接受振动讯号，使振动讯号得以循环，并且使感应棒产生共振。

当物料与感应棒接触时，振动讯号逐渐变小，直到停止共振时，控制电路会输出电气接点信号。由于感应棒感度由前端向后座依次减弱的自然原理，所以当桶槽内物料与桶周围向上堆积，触及感应棒底座〈后部〉或排料时，均不会产生错误讯号。

简单的说，音叉在压电晶体激励下产生机械振动，这种振动具有一定的频率和振幅。当音叉被液体或固体浸没时，音叉的振动频率和振幅将发生变化。这个频率变化由电子线路检测出来并输出一个开关量。

适用范围及特点:

音叉物位开关是一种新型的物位开关。几乎适用于所有液体介质，同时也适用于测量能自由流动的中等密度的固体粉末或颗粒。由于音叉物位开关基本没有活动部件，机械磨损比较下，因此无需维护和调整，使用简单方便。

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本文部分内容摘录自：芊澄科技 公众号

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