電導式及電感式液位計

對于導電性液體用電導式液位傳感器更為簡單易行，尤其是輸出開關(guān)旨號的位式傳感 器，其準確度和可靠性都較高。此處所說導電性液體除各種液態(tài)金屬及酸、堿、鹽溶液外， 也包括一般工業(yè)生產(chǎn)中的非純水，例如高中壓鍋爐里的水，其電阻率約為十分之幾到幾十歐.米，其導電性足以引起傳感器輸出變化。

為了防止極化腐蝕影響電極壽命，電導式所用電源一般都是交流電源，頻率不宜太高， 以免受電感電容作用的影響。電感式液位計則依靠被測液體內(nèi)的渦流反映液位，也必須使用 交流電源。

1.電接點液位傳感器

圖3-lOla為zui簡單的位式傳感器原理。在容器上方垂直伸入適當長度的導體電極，若 容器本身是導電的，則電極A與器壁C構(gòu)成的電路通斷與否取決于液位的高低。若容器是 絕緣的，可用電極B代替C。

同理，對于導電容器，長短不一的電極A和B可用于液位上下限報警。若分別裝有長 度不等的多根電極，則可分段顯示液位值。

電極也可用帶重錘的鋼絲繩代替。

這種傳感器雖然簡單，但在高溫高壓鍋爐上應(yīng)用時必須由耐熱而強度較高的絕緣材料制 成，還要能承受高溫爐水的腐蝕。一般在高壓鍋爐上用氧化鋁陶瓷絕緣，并且用可伐合金 (由鐵、鈷、鎳構(gòu)成的合金，其熱膨脹系數(shù)與氧化鋁陶瓷相近）密封，制成的電極。 此外，這種電接點式也可用于導電粉粒體的料位測量。

2.簡易連續(xù)指示液位計

如果液體的電阻率已知，且為恒定值，也可將電極制成同心套筒狀，如圖3-101b所示。

這樣就可根據(jù)電極A、B間的阻值連續(xù)反映液位。

若液體導電性強，可采用圖3-lOlc所示方式。圖中左 側(cè)為分段電阻法，使A、B間的阻值近似反比于液位；右 側(cè)為氖燈顯示法，液位越高發(fā)光的氖燈越多。

需要注意的是，液體的電阻應(yīng)遠小于器壁漏電阻。

3. 電感式液位傳感器

在平面螺旋（蚊香形）線圈內(nèi)通以交流電，當導電液 體表面接近線圈時，液體出現(xiàn)渦流將使線圈的電感量改 變。若線圈與電容并聯(lián)，并聯(lián)回路的諧振頻率會有明顯變 化，利用這一原理可構(gòu)成液位開關(guān)，但不適合連續(xù)測液位 值。

圖3-102是根據(jù)線圈感抗連續(xù)測量導電液體液位的一 種方法。用連通管1將被測導電液體引至容器2，此容器中央有鐵心3穿過，鐵心上繞有線圈4。交流電流通過線圈時有感抗作用，容器內(nèi)無導電液 體時感抗zui大。液位升高渦流加大’相當于變壓器二次側(cè)接近短路，這時一次側(cè)感抗就越來 越小，一次側(cè)電流逐漸加大。只需在線圈上通以電壓和頻率恒定的交流電，便可根據(jù)電流的 大小判斷液位。

必須指出，容器壁應(yīng)為絕緣材料，否則器壁的短路作用將使靈敏度下降。

超聲式物位計

1.基本原理

聲波可以在氣體、液體、固體中傳播，并具有一定的傳播速度。聲波在穿過介質(zhì)時會被 吸收而產(chǎn)生衰減，氣體吸收zui強衰減zui大，液體次之，固體吸收zui少衰減zui小。聲波在穿過 不同介質(zhì)的分界面時會產(chǎn)生反射，反射波的強弱決定于分界面兩邊介質(zhì)的聲阻抗，兩種介質(zhì) 的聲阻抗差別越大，反射波越強。聲阻抗即為介質(zhì)的密度與聲速的乘積。所謂超聲波一般是 指頻率高于可聽頻率極限（20kHz以上頻段）的彈性振動，這種振動以波動的形式在介質(zhì)中 的傳播過程就形成超聲波。根據(jù)聲波從發(fā)射至接收到反射回波的時間間隔與物位高度之間的 關(guān)系，就可以進行物位的測量。

應(yīng)用超聲波進行物位測量，首先要解決的問題是如何發(fā)射和接收超聲波，這通常由超聲 波換能器來實現(xiàn)。目前應(yīng)用zui廣泛的是壓電式超聲波換能器。壓電式換能器產(chǎn)生超聲波是基 于某些晶體的壓電效應(yīng)及其可逆性能。

超聲波類似于光波，具有反射、透射和折射的性質(zhì)。當超聲波入射到兩種不同介質(zhì)的分 界面上時會發(fā)生反射、折射和透射現(xiàn)象，這就是應(yīng)用超聲技術(shù)測量物位zui常用的一個物理特 性。超聲技術(shù)應(yīng)用于物位測量中的另一特性是超聲波在介質(zhì)中傳播時的聲學特性（如聲速、 聲衰減、聲阻抗等）。

當聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時，在兩種密度不同、聲速不同的介質(zhì)分界面上， 傳播方向便發(fā)生改變。即一部分被反射（反射角=入射角）；一部分折射到相鄰介質(zhì)內(nèi)。如果兩種介質(zhì)的密度相差懸殊，則聲波幾乎全部被反射。$此， 可以根據(jù)聲波從發(fā)射至接收到反射回波的時間間隔與物位高度 之間的關(guān)系，即可測得物位高度。

基本測量原理如圖3-103所示，

設(shè)超聲探頭至物位的垂直 距離為丑，由發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時間為I超聲波在介質(zhì)中傳 播的速度為〃，則存在如下關(guān)系

對于一定的介質(zhì)〃是巳知的，因此，只要測得時間《即可 確定距離丹，即得知被測物位高度。

2.測量方法

實際應(yīng)用中可以采用多種方法。根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同，有氣介式、液介式和固介式；根 晤探頭的工作方式，又有自發(fā)自收的單探頭方式和收、發(fā)分開的雙探頭方式。它們相互組合 就可得到不同的測量方法。

圖3-104是超聲波測量液位的幾種基本方法。

圖3-104a是液介式測量方法，探頭固定安裝在液體中zui低液位處，探頭發(fā)出的超聲脈沖在液體中由探頭傳至液面，反射后再從液面返回到同一探頭而被接收。液位高度與從發(fā)到 收所用時間之間的關(guān)系仍可用式（3-139)來表示。

圖3-104b是氣介式測量方法，探頭安裝在zui高液位之上的氣體中，式（3-139)仍然完 全適用，只是〃代表氣體中的聲速。

圖3-104c是固介式測量方法，將一根傳聲的固體棒或管插入液體中，上端要高出zui高 液位，探頭安裝在傳聲固體的上端，式（3-139)仍然適用，但〃代表固體中的聲速。

圖3-104d~f是一發(fā)一收雙探頭方式。圖3-104d是雙探頭液介式方式，由圖可見，若兩 探頭中心間距為2a，聲波從探頭到液位的斜向路徑為5，探頭至液位的垂直高度為過，則有

圖3-104e是雙探頭氣介式方式，只要將〃理解為氣體中的聲速，則上面關(guān)于雙探頭液 介式的計算方法*可以適用。

圖3-104f是雙探頭固介式方式，它需要采用兩根傳聲固體，超聲波從發(fā)射探頭經(jīng)* 根固體傳至液面，再在液體中將聲波傳至第二根固體，然后沿第二根固體傳至接收探頭。超 聲波在固體中經(jīng)過2好距離所需的時間，將比從發(fā)到收的時間略短，所縮短的時間就是超聲 波在液體中經(jīng)過距離d所需的時間，所以有

式中，t為固體中的聲速；％為液體中的聲速；d為兩根傳聲固體之間的距離。

當固體和液體中的聲速〃、^已知，兩根傳聲固體之間的距離d固定時，則可根據(jù)測得 的t求得H

圖3-104a~c屬于單探頭工作方式，即該探頭發(fā)射脈沖聲波，經(jīng)傳播反射后再接收。由于發(fā)射時脈沖需要延續(xù)一段時間，故在該時間內(nèi)的回波和發(fā)射波不易區(qū)分，這段時間所對應(yīng) 的距離稱測量盲區(qū)（大約在lm)。探頭安裝時高出zui高液面的距離應(yīng)大于盲區(qū)距離，這是 單探頭工作方式應(yīng)注意的。圖3-104d?f屬于雙探頭工作方式，由于接收與發(fā)射聲由兩探頭 獨立完成，可以使盲區(qū)大為減小，這在某些安裝位置較小的特殊場合是很方便的。

超聲波測量物位有許多優(yōu)點：它的探頭可以不與被測介質(zhì)接觸，即可以做到非接觸測 量；可測范圍較廣，只要分界面的聲阻抗不同，液體、粉末、塊狀的物體均可測量；安裝維 護方便，而且不需安全防護；它不僅能夠定點連續(xù)測量物位，而且能夠方便地提供遙測或遙 控所需的信號。但缺點是探頭本身不能承受高溫，聲速受介質(zhì)溫度、壓力影響，有些介質(zhì)對 聲波吸收能力很強，此方法受到一定限制。

物位儀表的選用與安裝注意事項

1. 差壓式液位計的選用注意事項

1) 液位（界面）測量，宜選用差壓變送器。

2) 對于腐蝕性液體、黏稠性液體、熔融性液體、沉淀性液體等，當采取灌隔離液、吹 氣或沖液等措施時，亦可選用差壓變送器。

3) 對于腐蝕性介質(zhì)、黏稠性液體、易氣化液體、含懸浮物液體等，宜選用平法蘭式差 壓變送器。

4) 對于易結(jié)晶的液體、高黏度的液體、結(jié)膠性液體、沉淀性液體等，宜選用插人式法 蘭差壓變送器。

5) 當被測對象有大量冷凝物或沉淀物析出時，宜選用雙法蘭式差壓變送器。

6) 用差壓式儀表測量鍋爐汽包液位時，應(yīng)采用雙室平衡容器。

7) 測液位的差壓變送器宜帶有遷移機構(gòu)，其正、負遷移量應(yīng)在選擇儀表量程時確定。

8) 對于正常工況下液體密度發(fā)生明顯變化介質(zhì)，不宜選用差壓式變送器。

2. 浮筒式液位計的選用注意事項

1) 在密度、操作壓力范圍比較寬的場合，一般介質(zhì)的液位界面測量，宜選用浮筒式液 位計，但在密度變化較大的場合，不宜選用浮筒式液位計。

2) 對于清潔液體，宜選用外浮筒式液位計，并優(yōu)先采用“側(cè)-側(cè)”法蘭連接型。

3) 對于黏稠、易凝固、易結(jié)晶的介質(zhì)，宜選用內(nèi)浮筒式液位計，也可選用帶蒸汽夾套 式的外浮筒式液位計。

4) 內(nèi)浮筒式液位計用于被測液體擾動較大的場合，應(yīng)加裝防擾動影響的平穩(wěn)套管。

5) 電動浮筒液位計用于被測液位波動頻繁的場合，其輸出信號應(yīng)加阻尼器。

6) 電動浮筒液位計在被測介質(zhì)溫度高于200T時應(yīng)帶有散熱片，溫度低于0T：時應(yīng)帶 有延伸管。

3. 浮子（球）式液位計的選用注意事項

1) 對于液位變化范圍大或含有顆粒雜質(zhì)的液體以及負壓系統(tǒng)，在下列場合可采用浮子 式液位計：①各類貯槽液位的連續(xù)測量和容積計量；②兩種液體的密度變化不大，且比密度 差大于0. 2的界面測量。

2) 對于黏度較大、溫度較高（不高于4501 )、不宜引出的介質(zhì)（如減壓渣油、潤滑 油等）的液位測量，宜選用內(nèi)浮子（球）液位計。

3)對于臟污液體，以及在環(huán)境溫度下易結(jié)晶、結(jié)凍的液體，不宜采用浮子（球）式液 位計。

4. 電容式液位計或射頻式液位計的選用注意事項

1) 腐蝕性液體、沉淀性流體以及其他工藝介質(zhì)的液位連續(xù)測量和位式測量，可選用電 容式液位計或射頻式液位計。

2) 用于界面測量時，兩種液體的電氣性能（介電常數(shù)等）必須符合產(chǎn)品的技術(shù)要求。

3) 電容液位計或射頻式液位計應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的導電性能、工藝容器的材質(zhì)等因素確定。

4) 對于易黏附電極的導電液體，不宜采用電容式液位計。

5) 電容式、射頻式液位計易受電磁干擾的影響，應(yīng)采取抗電磁干擾措施。

6) 用于位式測量的電容液位計或射頻式液位計，宜采用水平安裝型；用于連續(xù)測量的 電容液位計或射頻式液位計，宜采用垂直安裝型。

5. 超聲波式液位計的選用注意事項

1) 普通液位計難于測量的腐蝕性強、高黏性、易燃性、易揮發(fā)性及有毒液體的液位、 液-液分界面、固-液分界面的連續(xù)測量和位式測量，宜選用超聲波式液位計，但不宜用于液 位波動大的場合。

2) 超聲波式物位計適用于能充分反射聲波且傳播聲波的介質(zhì)測量，但不得用于真空場 合，不宜用于易揮發(fā)、含氣泡、含懸浮物的液體和含固體顆粒物的液體。

3) 對于內(nèi)部存在影響聲波傳播的障礙物的工藝設(shè)備，不宜采用超聲波式物位計。

4) 對于連續(xù)測量液位的超聲波儀表，當被測液體溫度、成分變化較顯著時，應(yīng)對聲波 的傳播速度的變化進行補償，以提高測量準確度。

5) 對于檢測器和轉(zhuǎn)換器之間的連接電纜，應(yīng)采取抗電磁干擾措施。

6) 超聲波物位計的型號、結(jié)構(gòu)型式、探頭的選用等，應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的特性等因素來 確定。

6. 物位取源部件安裝注意事項

1) 物位取源部件的安裝位置應(yīng)選在物位變化靈敏，且不使檢測元器件受到物料沖擊的 地方。

2) 內(nèi)浮筒液位計和浮球液位計采用導向管或其他導向裝置時，導向管或?qū)蜓b置必須 垂直安裝，并應(yīng)保證導向管內(nèi)液流暢通。

3) 安裝浮球式液位儀表的法蘭短管必須保證浮球能在全量程范圍內(nèi)自由活動。浮力式 液位計的安裝高度應(yīng)符合設(shè)計文件規(guī)定。

4) 浮筒液位計的安裝應(yīng)使浮筒呈垂直狀態(tài)，處于浮筒中心正常操作液位或分界液位的局度。

5) 使用差壓計或差壓變送器測量液位時，儀表安裝高度不應(yīng)高于下部取壓口。注意， 使用吹氣法及利用低沸點液體汽化傳遞壓力的方法測量液位時，不受此規(guī)定限制。

6) 雙法蘭式差壓變送器毛細管的敷設(shè)應(yīng)有保護措施，其彎曲半徑不應(yīng)小于50mm，周 圍溫度變化劇烈時應(yīng)采取隔熱措施。