液位測量簡介

什么是液位測量傳感器？
許多行業的過程控制中都使用液位傳感器，它們分為兩大類。點液位測量傳感器用于指示單個的離散液位高度，即指示預置的液位情況。通常情況下，此類傳感器的作用是上限報警，即指示過量填充情況，或者指示下限報警情況。連續液位傳感器更為復雜，可對整個系統進行液位監視。它們可測量一定范圍內的液位高度，而不是某一點的液位，因此會產生直接與容器中液位相關聯的模擬輸出。為建立一個液位測量系統，此輸出信號會傳送到過程控制回路和可視指示器。

液位測量傳感器選型
選擇液位測量傳感器之前需要考慮的問題包括：

• 測量液體還是固體？
• 應用環境的溫度和壓力范圍是多少？
• 需要點液位測量還是連續測量？
• 需要多大的液位測量范圍？
• 所測材料是否導電？
• 所測材料是否會覆蓋或堆積在表面上？
• 液體表面是否會產生紊流、泡沫或蒸汽？
• 需要接觸式還是非接觸式液位測量？
• 需要哪種輸出，模擬、繼電器、數字顯示還是其它？

設計類型

浮動開關
在此類點液位傳感器中，磁浮子會隨著液體表面移動，并會促發桿體中密封的“舌簧開關”。這種簡單且維護率低的設計不但可快速安裝，最大程度地減小沖擊、振動和壓力，同時還適用于多種介質。舌簧開關可以是單刀單擲 (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模擬信號處理器、一個微處理器、多個二-十進制 (BCD) 范圍開關以及一個輸出驅動電路。脈沖和一個門極信號從微處理器發射出去后，經由模擬信號處理器傳送到傳感器，促使傳感器向液體表面發送超聲束。接著，傳感器檢測液面反射的回波，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字信息。通過不斷更新所接收的信號，微處理器計算出平均值，從而最終實現液位測定。

使用連續型傳感器時，微處理器會將平均值轉化為與液位成線性關系的 4 到 20 mA 模擬信號。當液位回波未在 8 秒內返回傳感器時，系統的輸出信號將降至 4 mA 以下，指示液位過低或管道已空。使用點傳感器時，微處理器會將平均值與 BCD 開關設置進行比較，并對輸出繼電器上電來指示液位過高或液位過低。如信號丟失超過 8 秒，則繼電器斷電并恢復原始狀態。此外，為減輕表面紊流現象，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備，可測量特定點的液位水平。接觸式超聲波傳感器由一個現場安裝的傳感器和一個固態積分放大器組成，不含任何移動部件，也無需進行校準。通常情況下，它們都帶有用于連接電源和外部控制設備的端子塊。超聲波信號穿過傳感器中半英寸寬的縫隙，并會在其中包含液體時對繼電器開關進行控制。水平安裝式傳感器的檢測平面在縫隙的中部，豎直安裝式傳感器的檢測平面在縫隙的頂部。當液位降到這一水平以下時，超聲波信號將減弱并且最終會將繼電器切換到之前的狀態。

這些傳感器用于在容器或管道中自動操作泵、電磁閥和上下限報警。填充和排空罐體以及測量液體量時需使用兩個此類傳感器。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行點液位測量或連續液位測量。它們利用探頭監測罐內的液位變化，并以電子方式將輸出調整為電容值和電阻值，進而轉換成模擬信號。探頭和容器壁相當于電容的兩個極板，液體相當于電介質。由于信號的發送只與液位變化有關，所以探頭上的物料堆積不會產生任何影響。對于非導電液體容器，則需要兩個探頭或一個外部導電片。

探頭可分為剛性和柔性兩種，通常都使用 PTFE 絕緣的導線。它使用不銹鋼作為探頭基礎金屬，可為非導電液體、顆粒性液體或介電性質較低（介電常數小于 4）的液體測量帶來更高的靈敏度。當沒有足夠的間隙可以容納剛性探頭時或者在需要很長的探頭長度的應用中，必須使用柔性探頭。剛性探頭的穩定性更高，特別是在存在紊流的系統中，因為探頭的晃動會導致信號起伏波動。