1、液位计 Level gauge（LG）概述液位计（Level gauge）是物位仪表的一类，用来测量液位、显示液位的一类仪表，是企业自动化的重要检测工具。主要用于生产过程中对罐、釜、塔等液位或界面的检测与控制。中国船级社（CCS）要求参照海上移动平台入级规范第 1 篇 第 3 章 附录 1 平台入级产品持证要求一览表：8.20：液位测量系统（含传感器）证件类型：制造厂证明（应提供型式认可证书）认可模式：型式认可 B（可选项：型式认可 A；工厂认可）8.48：液位变送器证件类型：制造厂证明（应提供型式认可证书）认可模式：型式认可 B（可选项：型式认可 A）目前主要运作品牌：K-TEK、MAGTE
2、CH、MEGNETROL种类磁浮子液位计，也叫磁翻板液位计、磁翻转液位计、磁性浮子液位计；磁致伸缩液位计；投入式液位计；外测式液位仪；超声波液位计；雷达液位计；电容式液位计；伺服液位计；玻璃管液位计；电接点液位计；射频导纳液位计；压力液位变送器：也叫静压式液位变送器；等等。（1） 磁浮子液位计（Liquid level gauge with magnetic float）结构原理：模拟式磁浮子液位变送器，由液位传感器和信号转换器两部分组成。液位传感器由装在不锈钢护管内的若干干簧管和若干电阻构成，护管紧固在测量管（主体管）外侧；信号转换器由电子模块组成，安置在传感器顶端或底端的防爆接线盒内。磁浮
3、子式液位计和被测容器形成连通器，保证被测量容器与测量管体间的液位相等。当液位计测量管中的浮子随被测液位变化时，浮子中的磁性体与显示条上显示色标中的磁性体作用，使其翻转，红色表示有液，白色表示无液，以达到就地准确显示液位的目的；就地显示磁性浮子式液位计具有显示直观醒目、不需电源，安装方便可靠，维护量小，维修费用低的优点，是玻璃管，玻璃板液位计的升级换代产品。可广泛应用于石油，化工，电站，制药，冶金，船舶工业，水/污水处理等行业的罐，槽，箱等容器的液位检测。用户还可根据工程需要，配合磁控液位计使用，可就地数字显示，或输出420mA 的标准远传电信号，以配合记录仪表，或工业过程控制的需要。也可以配合
4、磁性控制开关或接近开关使用，对液位监控报警或对进液出液设备进行控制。磁浮球液位计特点磁浮球液位计具有结构简单、使用方便、性能稳定、使用寿命长、便于安装维护等优点。磁浮球液位计的应用主要广泛运用于石油加工、食品加工、化工、水处理、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量。（2） 磁致伸缩液位计（Magnetostrictive liquid level meter）结构原理：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
5、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想遇时，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。磁致伸缩液位计的技术优势：磁致伸缩液位计适合于高精度要求的清洁液位的液位测量，精度达到1mm，最新产品精度已经可以达到0.1mm。磁致伸缩液位计还可应用于两种不同液体之间的界位测量量。防爆型设计，适合危险场合，智能电子线路设计可计算出容积量；唯一可动部件为浮子，维护量极低。优点：a. 可靠性强：由于磁致伸缩液位计采
6、用波导原理，无机械可动部分，故无摩擦，无磨损。整个变换器封闭在不锈钢管内，和测量介质非接触，传感器工作可靠，寿命长。b. 精度高：由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于 0.01%FS，这是用其它传感器难以达到的精度。c. 安全性好：磁致伸缩液位计的防爆性能高，本安防爆，使用安全，特别适合对化工原料和易燃液体的测量。测量时无需开启罐盖，避免人工测量所存在的不安全性。d. 磁致伸缩液位计易于安装和维护简单：磁致伸缩液位仪一般通过罐顶已有管口进行安装，特别适用于地下储罐和已投运储罐的安装，并可在安装过程中不影响正常生产。
7、e. 便于系统自动化工作：磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号，便于微机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。（3） 投入式液位计（Pressure level gauge）结构原理：投入式液位计（静压液位计液位变送器液位传感器水位传感器）是一种测量液位的压力传感器。静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为420mA15VDC ） 。投入式液位计是一种测量液位的压力传感器，广泛应用于水厂、污水处理厂、城市供水、高楼水池、水井、矿井、工业水池
8、、水罐、油池、水文地质、水库、河道、海洋等场所。特点：a. 稳定性好，满度、零位长期稳定性可达 0.%FS/ 年。在补偿温度 0 70 范围内，温度飘移低于 0.1%FS ，在整个允许工作温度范围内低于 0.3%FS 。b. 具有反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不会损坏变送器，异常时送器会自动限流在 35MA 以内。c. 固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长。d. 安装方便、结构简单、经济耐用。（4） 超声波液位计（Ultrasonic liquid level meter）结构原理：超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物
9、体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。由于采用非接触的测量，被测介质几乎不受限制，可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。超声波液位计的原理是测量一个超声波脉冲从发出到返回整个过程所需的时间。超声波液位计垂直安装在液体的表面，它向液面发出一个超声波脉冲，经过一段时间，超声波液位计的传感器接收到从液面反射回的信号，信号经过变送器电路的选择和处理，根据超声波液位计发出和接收超声波的时间差，计算出液面到传感器的距离。优势：a. 非接触式测量 b. 无可动部件 、结构简单、使用寿命长 c. 耐腐蚀（探头大多采用 PVDF、PP 等材料）
10、 d. 自动温度补偿功能 e. 不受介质湿度、粘度的影响 f. 不受介质介电常数、电导率、热导率的影响 g. 优异的性能价格比特点：a. 采用 SMD 技术（SMD：它是 Surface Mounted Devices 的缩写，意为：表面贴装器件，它是 SMT(Surface Mount Technology 中文：表面黏著技术）元器件中的一种。 ） ，提高仪器可靠性；b. 自动功率调整、增益控制、温度补偿；c. 先进的检测技术，丰富的软件功能适应各种复杂环境；d. 采用新型的波形计算技术，提高仪表的测量精度；e. 具有干扰回波的抑止功能保证测量数据的真实；f. 16 位 D/A 转换，提高电
11、流输出的精度和分辩率；g. 传感器采用四氟乙烯材料，可用于各种腐蚀性场合；h. 多种输出形式：可编程继电器输出、高精度 4-20mA 电流输出、Rs-485 数字通信输出；i. 分体超声波液位探头。（5） 雷达液位计（Radar level meter）结构原理：雷达液位计发射能量很低的极短的微波脉冲通过天线系统发射并接收。雷达波以光速运行。运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。一种特殊的时间延伸方法可以确保极短时间内稳定和精确的测量。应用指南雷达液位计应用于水液储罐、酸碱储罐、浆料储罐、固体颗粒、小型储油罐。各类导电、非导电介质、腐蚀性介质。如煤仓、灰仓、油罐、酸罐等雷达液位计的优点a.
12、 雷达液位计是非接触式测量或 TDR 导波式测量；b. 雷达液位计应用电磁脉冲进行快速测量，精度高，抗干扰能力强；c. 耐腐蚀；d. 耐压高；e. 耐温高；优势及应用：a. 雷达液位计可以测量液体、固体介质比如：原油、浆料、原煤、粉煤、挥发性液体等；b. 可以在真空中测量可以测量所有介质常数1.8 的介质，测量范围可达35m；c. 供电和输出信号通过一根两芯线缆（回路电路） ，采用 420mA 输出或数字型信号输出；d. 非接触式测量安装方便采用极其稳定的材料牢固耐用，精确可靠分辨率可达 1mm；e. 不受噪音、蒸汽、粉尘、真空等工况影响；f. 不受介质密度和温度的变化，过程压力可达 40ba
13、r,介质温度可达300；g. 安装方式有多种可以选择：顶部安装、侧面安装、旁通管安装、导波管安装；h. 调试可多种方式选择：采用编程模块调试（相当于一个分析处理仪表） 、SOFT 软件调试、HART 手持编程器调试，调试起来方便快捷。（6） 电容式液位计（Electric capacity type liquidometer）概述：电容式液位计是依据电容感应原理，当被测介质浸汲测量电极的高度变化时，引起其电容变化。它可将各种物位、液位介质高度的变化转换成标准电流信号，远传至操作控制室供二次仪表或计算机装置进行集中显示、报警或自动控制。其良好的结构及安装方式可适用于高温、高压、强腐蚀，易结晶，防
14、堵塞，防冷冻及固体粉状、粒状物料。它可测量强腐蚀型介质的液位，测量高温介质的液位，测量密封容器的液位，与介质的粘度、密度、工作压力无关。结构原理：电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数 1 和液面上的介电常数 2 不同，比如： 12，则当液位升高时，电容式液位计两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降， 值减小，电容量也减小。所以，电容式液位计可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数
15、的差值，而且，只有 1 和 2 的恒定才能保证液位测量准确，因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。电容液位计体积小，容易实现远传和调节，适用于具有腐蚀性和高压的介质的液位测量。特点：射频电容技术，从根本上解决了温度、湿度、压力、物质的导电性等因素对测量过程的影响，因而具有极高的抗干扰性和可靠性。能够测量强腐蚀性的液体，如酸、碱、盐、污水等。可测量高温、高压介质；过程温度-40600；过程压力-0.14.0MPa 个别智能一体化电容液位计具有独特的两点现场标定技术为用户轻松地使用产品提供了便利。其探极与变送器分为两部分，连接二者的屏蔽电缆长度可达 1 千米，可安装在环境极为恶劣的现
16、场，特别适用于高温、振动、腐蚀、危险及需要远方设定等场合。将液位变化传递给现场指示器指示出液位的实际高度。并配有液位报警器和液位远传装置。液位报警器可实现液位上下极限值控制、限位报警和事故联锁。液体远传装置可将液位变化线性地转换成直流 420mADC 的电流信号，实现远距离的液位指示、控制记录。液位计具有隔爆、本质安全防护性能。整机由耐磨材料制成。因此具有耐腐蚀功能。（7） 伺服液位计（Servo liquidometer）结构原理：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。如右图所示，浮子用测量钢丝悬挂在仪表外壳内，而测量钢丝缠绕在精密加工过的
17、外轮鼓上；外磁铁被固定在外轮鼓内，并与固定在内轮鼓的内磁铁耦合在一起。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(如右图所示)，其精确度可达0.7mm ，而且，
18、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。典型安装：（8） 玻璃管液位计（Gage glass）玻璃管液位计是一种直读式液位测量仪表，适用于工业生产过程中一般贮液设备中的液体位置的现场检测，其结构简单，测量准确，是传统的现场液位测量工具。玻璃管液位计要用于直接显示各种罐、塔、槽、箱等容器内介质液位的高度；仪表上下针形阀都装有法兰。通过焊接在容器上的法兰，与容器组成连通器，透过玻璃管就可直接显示容器内介质液位的高度；针形阀内装有钢球，当玻璃管因事故而破裂时，钢球在容器压力作用下自动关闭针形阀通道，以防止容器内介质外流（9） 电接点液位计（Electric
19、 contact liquid level meter）工作原理：电接点水位计根据水与汽电阻率不同而设计。测量筒的电极在水中对筒体的阻抗小。在汽中对筒体的阻抗大。 随着水位的变化，电极在水中的数量产生变化。转换成电阻值的变化。传送到二次仪表，从而实现水位的显示、 报警、保护联锁等功能。（10） 射频导纳液位计（RF admittance level meter）工作原理：射频导纳物位控制技术是一种从电容式物位控制技术发展起来的，防挂料性能更好，工作更可靠，测量更准确，适用性更广的物位控制技术， “射频导纳”中“导纳”的含义为电学中阻抗的倒数，它由阻抗成份，容性成份，感性成份综合而成，而“射频”
20、即高频，所以射频导纳技术可以理解为用高频电流测量导纳的方法。高频正弦振荡器输出一个稳定的测量信号源，利用电桥原理，以精确测量安装在待测量容器中的传感器上的导纳，在直接作用模式下，仪表的输出随物位的升高而增加。射频导纳技术与传统电容技术的区别在于测量参量的多样性，三端驱动屏蔽技术和增加的两个重要电路，这些是根据在实践中的宝贵经验改进而成的。上述技术不但解决了连接电缆屏蔽和温漂问题，也解决了垂直安装的传感器根部挂料问题。所增加的两个电路是高精度振荡驱动器和交流鉴相采样器。对一个强导电性物料的容器，由于物料是导电的，接地点可以被认为在传感器绝缘层的表面，对仪表传感器来说仅表现为一个电容和电阻组成的复
21、阻抗，从而引起两个问题。第一个问题是物料本身对传感器相当于一个电容，它不消耗变送器的能量，（纯电容不耗能） ，但挂料对传感器等效电路中含有电阻，则挂料的阻抗会消耗能量，从而将振荡器电压拉下来，导致桥路输出改变，产生测量误差。我们在振荡器与电桥之间增加了一个驱动器，使消耗的能量得到补充因而会稳定加在传感器的振荡电压。第二个问题是对于导电物料，传感器绝缘层表面的接地点覆盖了整个物料及挂料区，使有效测量电容扩展到挂料的顶端，这样便产生挂料误差，且导电性越强误差越大。但任何物料都不是完全导电的。从电学角度来看，挂料层相当于一个电阻，传感器被挂料覆盖的部分相当于一条由无数个无穷小的电容和电阻元件组成的传输线。根据数学理论，如果挂料足够长，则挂料的电容和电阻部分的阻抗和容抗数值相等，因此用交流鉴相采样器可以分别测量电容和电阻。测量的总电容相当于 C + C 在减去与 C 相等的电阻 R，就可以获得物位真实值，从而排除挂料的影响。典型安装：
