电导式及电感式液位计

对于导电性液体用电导式液位传感器更为简单易行，尤其是输出开关旨号的位式传感 器，其准确度和可靠性都较高。此处所说导电性液体除各种液态金属及酸、碱、盐溶液外， 也包括一般工业生产中的非纯水，例如高中压锅炉里的水，其电阻率约为十分之几到几十欧.米，其导电性足以引起传感器输出变化。

为了防止极化腐蚀影响电极寿命，电导式所用电源一般都是交流电源，频率不宜太高， 以免受电感电容作用的影响。电感式液位计则依靠被测液体内的涡流反映液位，也必须使用 交流电源。

1.电接点液位传感器

图3-lOla为zui简单的位式传感器原理。在容器上方垂直伸入适当长度的导体电极，若 容器本身是导电的，则电极A与器壁C构成的电路通断与否取决于液位的高低。若容器是 绝缘的，可用电极B代替C。

同理，对于导电容器，长短不一的电极A和B可用于液位上下限报警。若分别装有长 度不等的多根电极，则可分段显示液位值。

电极也可用带重锤的钢丝绳代替。

这种传感器虽然简单，但在高温高压锅炉上应用时必须由耐热而强度较高的绝缘材料制 成，还要能承受高温炉水的腐蚀。一般在高压锅炉上用氧化铝陶瓷绝缘，并且用可伐合金 (由铁、钴、镍构成的合金，其热膨胀系数与氧化铝陶瓷相近）密封，制成的电极。 此外，这种电接点式也可用于导电粉粒体的料位测量。

2.简易连续指示液位计

如果液体的电阻率已知，且为恒定值，也可将电极制成同心套筒状，如图3-101b所示。

这样就可根据电极A、B间的阻值连续反映液位。

若液体导电性强，可采用图3-lOlc所示方式。图中左 侧为分段电阻法，使A、B间的阻值近似反比于液位；右 侧为氖灯显示法，液位越高发光的氖灯越多。

需要注意的是，液体的电阻应远小于器壁漏电阻。

3. 电感式液位传感器

在平面螺旋（蚊香形）线圈内通以交流电，当导电液 体表面接近线圈时，液体出现涡流将使线圈的电感量改 变。若线圈与电容并联，并联回路的谐振频率会有明显变 化，利用这一原理可构成液位开关，但不适合连续测液位 值。

图3-102是根据线圈感抗连续测量导电液体液位的一 种方法。用连通管1将被测导电液体引至容器2，此容器中央有铁心3穿过，铁心上绕有线圈4。交流电流通过线圈时有感抗作用，容器内无导电液 体时感抗zui大。液位升高涡流加大’相当于变压器二次侧接近短路，这时一次侧感抗就越来 越小，一次侧电流逐渐加大。只需在线圈上通以电压和频率恒定的交流电，便可根据电流的 大小判断液位。

必须指出，容器壁应为绝缘材料，否则器壁的短路作用将使灵敏度下降。

超声式物位计

1.基本原理

声波可以在气体、液体、固体中传播，并具有一定的传播速度。声波在穿过介质时会被 吸收而产生衰减，气体吸收zui强衰减zui大，液体次之，固体吸收zui少衰减zui小。声波在穿过 不同介质的分界面时会产生反射，反射波的强弱决定于分界面两边介质的声阻抗，两种介质 的声阻抗差别越大，反射波越强。声阻抗即为介质的密度与声速的乘积。所谓超声波一般是 指频率高于可听频率极限（20kHz以上频段）的弹性振动，这种振动以波动的形式在介质中 的传播过程就形成超声波。根据声波从发射至接收到反射回波的时间间隔与物位高度之间的 关系，就可以进行物位的测量。

应用超声波进行物位测量，首先要解决的问题是如何发射和接收超声波，这通常由超声 波换能器来实现。目前应用zui广泛的是压电式超声波换能器。压电式换能器产生超声波是基 于某些晶体的压电效应及其可逆性能。

超声波类似于光波，具有反射、透射和折射的性质。当超声波入射到两种不同介质的分 界面上时会发生反射、折射和透射现象，这就是应用超声技术测量物位zui常用的一个物理特 性。超声技术应用于物位测量中的另一特性是超声波在介质中传播时的声学特性（如声速、 声衰减、声阻抗等）。

当声波从一种介质向另一种介质传播时，在两种密度不同、声速不同的介质分界面上， 传播方向便发生改变。即一部分被反射（反射角=入射角）；一部分折射到相邻介质内。如果两种介质的密度相差悬殊，则声波几乎全部被反射。$此， 可以根据声波从发射至接收到反射回波的时间间隔与物位高度 之间的关系，即可测得物位高度。

基本测量原理如图3-103所示，

设超声探头至物位的垂直 距离为丑，由发射到接收所经历的时间为I超声波在介质中传 播的速度为〃，则存在如下关系

对于一定的介质〃是巳知的，因此，只要测得时间《即可 确定距离丹，即得知被测物位高度。

2.测量方法

实际应用中可以采用多种方法。根据传声介质的不同，有气介式、液介式和固介式；根 晤探头的工作方式，又有自发自收的单探头方式和收、发分开的双探头方式。它们相互组合 就可得到不同的测量方法。

图3-104是超声波测量液位的几种基本方法。

图3-104a是液介式测量方法，探头固定安装在液体中zui低液位处，探头发出的超声脉冲在液体中由探头传至液面，反射后再从液面返回到同一探头而被接收。液位高度与从发到 收所用时间之间的关系仍可用式（3-139)来表示。

图3-104b是气介式测量方法，探头安装在zui高液位之上的气体中，式（3-139)仍然完 全适用，只是〃代表气体中的声速。

图3-104c是固介式测量方法，将一根传声的固体棒或管插入液体中，上端要高出zui高 液位，探头安装在传声固体的上端，式（3-139)仍然适用，但〃代表固体中的声速。

图3-104d~f是一发一收双探头方式。图3-104d是双探头液介式方式，由图可见，若两 探头中心间距为2a，声波从探头到液位的斜向路径为5，探头至液位的垂直高度为过，则有

图3-104e是双探头气介式方式，只要将〃理解为气体中的声速，则上面关于双探头液 介式的计算方法*可以适用。

图3-104f是双探头固介式方式，它需要采用两根传声固体，超声波从发射探头经* 根固体传至液面，再在液体中将声波传至第二根固体，然后沿第二根固体传至接收探头。超 声波在固体中经过2好距离所需的时间，将比从发到收的时间略短，所缩短的时间就是超声 波在液体中经过距离d所需的时间，所以有

式中，t为固体中的声速；％为液体中的声速；d为两根传声固体之间的距离。

当固体和液体中的声速〃、^已知，两根传声固体之间的距离d固定时，则可根据测得 的t求得H

图3-104a~c属于单探头工作方式，即该探头发射脉冲声波，经传播反射后再接收。由于发射时脉冲需要延续一段时间，故在该时间内的回波和发射波不易区分，这段时间所对应 的距离称测量盲区（大约在lm)。探头安装时高出zui高液面的距离应大于盲区距离，这是 单探头工作方式应注意的。图3-104d?f属于双探头工作方式，由于接收与发射声由两探头 独立完成，可以使盲区大为減小，这在某些安装位置较小的特殊场合是很方便的。

超声波测量物位有许多优点：它的探头可以不与被测介质接触，即可以做到非接触测 量；可测范围较广，只要分界面的声阻抗不同，液体、粉末、块状的物体均可测量；安装维 护方便，而且不需安全防护；它不仅能够定点连续测量物位，而且能够方便地提供遥测或遥 控所需的信号。但缺点是探头本身不能承受高温，声速受介质温度、压力影响，有些介质对 声波吸收能力很强，此方法受到一定限制。

物位仪表的选用与安装注意事项

1. 差压式液位计的选用注意事项

1) 液位（界面）测量，宜选用差压变送器。

2) 对于腐蚀性液体、黏稠性液体、熔融性液体、沉淀性液体等，当采取灌隔离液、吹 气或冲液等措施时，亦可选用差压变送器。

3) 对于腐蚀性介质、黏稠性液体、易气化液体、含悬浮物液体等，宜选用平法兰式差 压变送器。

4) 对于易结晶的液体、高黏度的液体、结胶性液体、沉淀性液体等，宜选用插人式法 兰差压变送器。

5) 当被测对象有大量冷凝物或沉淀物析出时，宜选用双法兰式差压变送器。

6) 用差压式仪表测量锅炉汽包液位时，应采用双室平衡容器。

7) 测液位的差压变送器宜带有迁移机构，其正、负迁移量应在选择仪表量程时确定。

8) 对于正常工况下液体密度发生明显变化介质，不宜选用差压式变送器。

2. 浮筒式液位计的选用注意事项

1) 在密度、操作压力范围比较宽的场合，一般介质的液位界面测量，宜选用浮筒式液 位计，但在密度变化较大的场合，不宜选用浮筒式液位计。

2) 对于清洁液体，宜选用外浮筒式液位计，并优先采用“侧-侧”法兰连接型。

3) 对于黏稠、易凝固、易结晶的介质，宜选用内浮筒式液位计，也可选用带蒸汽夹套 式的外浮筒式液位计。

4) 内浮筒式液位计用于被测液体扰动较大的场合，应加装防扰动影响的平稳套管。

5) 电动浮筒液位计用于被测液位波动频繁的场合，其输出信号应加阻尼器。

6) 电动浮筒液位计在被测介质温度高于200T时应带有散热片，温度低于0T：时应带 有延伸管。

3. 浮子（球）式液位计的选用注意事项

1) 对于液位变化范围大或含有颗粒杂质的液体以及负压系统，在下列场合可采用浮子 式液位计：①各类贮槽液位的连续测量和容积计量；②两种液体的密度变化不大，且比密度 差大于0. 2的界面测量。

2) 对于黏度较大、温度较高（不高于4501 )、不宜引出的介质（如减压渣油、润滑 油等）的液位测量，宜选用内浮子（球）液位计。

3)对于脏污液体，以及在环境温度下易结晶、结冻的液体，不宜采用浮子（球）式液 位计。

4. 电容式液位计或射频式液位计的选用注意事项

1) 腐蚀性液体、沉淀性流体以及其他工艺介质的液位连续测量和位式测量，可选用电 容式液位计或射频式液位计。

2) 用于界面测量时，两种液体的电气性能（介电常数等）必须符合产品的技术要求。

3) 电容液位计或射频式液位计应根据被测介质的导电性能、工艺容器的材质等因素确定。

4) 对于易黏附电极的导电液体，不宜采用电容式液位计。

5) 电容式、射频式液位计易受电磁干扰的影响，应采取抗电磁干扰措施。

6) 用于位式测量的电容液位计或射频式液位计，宜采用水平安装型；用于连续测量的 电容液位计或射频式液位计，宜采用垂直安装型。

5. 超声波式液位计的选用注意事项

1) 普通液位计难于测量的腐蚀性强、高黏性、易燃性、易挥发性及有毒液体的液位、 液-液分界面、固-液分界面的连续测量和位式测量，宜选用超声波式液位计，但不宜用于液 位波动大的场合。

2) 超声波式物位计适用于能充分反射声波且传播声波的介质测量，但不得用于真空场 合，不宜用于易挥发、含气泡、含悬浮物的液体和含固体颗粒物的液体。

3) 对于内部存在影响声波传播的障碍物的工艺设备，不宜采用超声波式物位计。

4) 对于连续测量液位的超声波仪表，当被测液体温度、成分变化较显著时，应对声波 的传播速度的变化进行补偿，以提高测量准确度。

5) 对于检测器和转换器之间的连接电缆，应采取抗电磁干扰措施。

6) 超声波物位计的型号、结构型式、探头的选用等，应根据被测介质的特性等因素来 确定。

6. 物位取源部件安装注意事项

1) 物位取源部件的安装位置应选在物位变化灵敏，且不使检测元器件受到物料冲击的 地方。

2) 内浮筒液位计和浮球液位计采用导向管或其他导向装置时，导向管或导向装置必须 垂直安装，并应保证导向管内液流畅通。

3) 安装浮球式液位仪表的法兰短管必须保证浮球能在全量程范围内自由活动。浮力式 液位计的安装高度应符合设计文件规定。

4) 浮筒液位计的安装应使浮筒呈垂直状态，处于浮筒中心正常操作液位或分界液位的局度。

5) 使用差压计或差压变送器测量液位时，仪表安装高度不应高于下部取压口。注意， 使用吹气法及利用低沸点液体汽化传递压力的方法测量液位时，不受此规定限制。

6) 双法兰式差压变送器毛细管的敷设应有保护措施，其弯曲半径不应小于50mm，周 围温度变化剧烈时应采取隔热措施。