液位測(cè)量簡(jiǎn)介

什么是液位測(cè)量傳感器？
許多行業(yè)的過程控制中都使用液位傳感器，它們分為兩大類。點(diǎn)液位測(cè)量傳感器用于指示單個(gè)的離散液位高度，即指示預(yù)置的液位情況。通常情況下，此類傳感器的作用是上限報(bào)警，即指示過量填充情況，或者指示下限報(bào)警情況。連續(xù)液位傳感器更為復(fù)雜，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行液位監(jiān)視。它們可測(cè)量一定范圍內(nèi)的液位高度，而不是某一點(diǎn)的液位，因此會(huì)產(chǎn)生直接與容器中液位相關(guān)聯(lián)的模擬輸出。為建立一個(gè)液位測(cè)量系統(tǒng)，此輸出信號(hào)會(huì)傳送到過程控制回路和可視指示器。

液位測(cè)量傳感器選型
選擇液位測(cè)量傳感器之前需要考慮的問題包括：

• 測(cè)量液體還是固體？
• 應(yīng)用環(huán)境的溫度和壓力范圍是多少？
• 需要點(diǎn)液位測(cè)量還是連續(xù)測(cè)量？
• 需要多大的液位測(cè)量范圍？
• 所測(cè)材料是否導(dǎo)電？
• 所測(cè)材料是否會(huì)覆蓋或堆積在表面上？
• 液體表面是否會(huì)產(chǎn)生紊流、泡沫或蒸汽？
• 需要接觸式還是非接觸式液位測(cè)量？
• 需要哪種輸出，模擬、繼電器、數(shù)字顯示還是其它？

設(shè)計(jì)類型

浮動(dòng)開關(guān)
在此類點(diǎn)液位傳感器中，磁浮子會(huì)隨著液體表面移動(dòng)，并會(huì)促發(fā)桿體中密封的“舌簧開關(guān)”。這種簡(jiǎn)單且維護(hù)率低的設(shè)計(jì)不但可快速安裝，最大程度地減小沖擊、振動(dòng)和壓力，同時(shí)還適用于多種介質(zhì)。舌簧開關(guān)可以是單刀單擲 (SPST)，也可以是單刀雙擲 (SPDT)。

非接觸式超聲波傳感器
這類傳感器包含一個(gè)模擬信號(hào)處理器、一個(gè)微處理器、多個(gè)二-十進(jìn)制 (BCD) 范圍開關(guān)以及一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路。脈沖和一個(gè)門極信號(hào)從微處理器發(fā)射出去后，經(jīng)由模擬信號(hào)處理器傳送到傳感器，促使傳感器向液體表面發(fā)送超聲束。接著，傳感器檢測(cè)液面反射的回波，將其送回微處理器，并生成表示傳感器與液面水平之間距離的數(shù)字信息。通過不斷更新所接收的信號(hào)，微處理器計(jì)算出平均值，從而最終實(shí)現(xiàn)液位測(cè)定。

使用連續(xù)型傳感器時(shí)，微處理器會(huì)將平均值轉(zhuǎn)化為與液位成線性關(guān)系的 4 到 20 mA 模擬信號(hào)。當(dāng)液位回波未在 8 秒內(nèi)返回傳感器時(shí)，系統(tǒng)的輸出信號(hào)將降至 4 mA 以下，指示液位過低或管道已空。使用點(diǎn)傳感器時(shí)，微處理器會(huì)將平均值與 BCD 開關(guān)設(shè)置進(jìn)行比較，并對(duì)輸出繼電器上電來指示液位過高或液位過低。如信號(hào)丟失超過 8 秒，則繼電器斷電并恢復(fù)原始狀態(tài)。此外，為減輕表面紊流現(xiàn)象，電子部分中加入了半秒延遲。

接觸式超聲波傳感器
這些傳感器中包含低能量超聲波設(shè)備，可測(cè)量特定點(diǎn)的液位水平。接觸式超聲波傳感器由一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)安裝的傳感器和一個(gè)固態(tài)積分放大器組成，不含任何移動(dòng)部件，也無需進(jìn)行校準(zhǔn)。通常情況下，它們都帶有用于連接電源和外部控制設(shè)備的端子塊。超聲波信號(hào)穿過傳感器中半英寸寬的縫隙，并會(huì)在其中包含液體時(shí)對(duì)繼電器開關(guān)進(jìn)行控制。水平安裝式傳感器的檢測(cè)平面在縫隙的中部，豎直安裝式傳感器的檢測(cè)平面在縫隙的頂部。當(dāng)液位降到這一水平以下時(shí)，超聲波信號(hào)將減弱并且最終會(huì)將繼電器切換到之前的狀態(tài)。

這些傳感器用于在容器或管道中自動(dòng)操作泵、電磁閥和上下限報(bào)警。填充和排空罐體以及測(cè)量液體量時(shí)需使用兩個(gè)此類傳感器。此類傳感器適用于大部分液體，它們不受覆蓋層、液滴粘連、泡沫和蒸汽影響。但充氣過多的液體和粘性過大并可塞滿傳感器縫隙的液體，則可能導(dǎo)致故障。

電容式液位傳感器
與超聲波傳感器一樣，電容式傳感器也可以進(jìn)行點(diǎn)液位測(cè)量或連續(xù)液位測(cè)量。它們利用探頭監(jiān)測(cè)罐內(nèi)的液位變化，并以電子方式將輸出調(diào)整為電容值和電阻值，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。探頭和容器壁相當(dāng)于電容的兩個(gè)極板，液體相當(dāng)于電介質(zhì)。由于信號(hào)的發(fā)送只與液位變化有關(guān)，所以探頭上的物料堆積不會(huì)產(chǎn)生任何影響。對(duì)于非導(dǎo)電液體容器，則需要兩個(gè)探頭或一個(gè)外部導(dǎo)電片。

探頭可分為剛性和柔性兩種，通常都使用 PTFE 絕緣的導(dǎo)線。它使用不銹鋼作為探頭基礎(chǔ)金屬，可為非導(dǎo)電液體、顆粒性液體或介電性質(zhì)較低（介電常數(shù)小于 4）的液體測(cè)量帶來更高的靈敏度。當(dāng)沒有足夠的間隙可以容納剛性探頭時(shí)或者在需要很長的探頭長度的應(yīng)用中，必須使用柔性探頭。剛性探頭的穩(wěn)定性更高，特別是在存在紊流的系統(tǒng)中，因?yàn)樘筋^的晃動(dòng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)起伏波動(dòng)。