液位计种类的选择从测量角度来怎么看待

  现代化工业生产中会储存、运输、使用各种各样的液体原料和产成品，例如石油化工企业的油料和各种溶剂，制药、造纸企业生产使用的各种浆液和浆料，食品企业生产和储存的各种乳液和饮料、果汁等，都需要对其进行安全和完善的保存，因此对于这些液体的液位的测量就是生产中一项重要的工作，液位数据作为工业生产中一项重要的基础数据，是保证企业能够正常稳定生产的基本要求。

         目前工业领域通用的液位计测量原理涉及到力学、热学、电学、光学等多方面，如果再加上液位计产品外形的区别，甚至达到数百种之多。当然，每一种液位计都或多或少有其区别于其他类型的不同之处，任何一种液位计产品都不可能胜任所有的测量环境，不同类型的液位计意味着其生产方式、使用方式和检定方式均不同，如何对其进行有效、明了的分类已成为厂家、用户和*的共同面对的问题。撰写此文从测量方式的角度出发，针对目前市面上出现的十余种液位计进行分类，以期得到一个简单、明了的分类结果。以帮助用户在产品选型方面做出合适的选择。　

一、通过浮力方式进行测量的液位计类型

　　浮力方式类型的液位计均有一个浮子（浮球或浮筒），浮子在静止液面上处于平衡状态，当液面变化时浮子随液面发生位移，电子元件以一定的方式获取浮子的位移，进而转换为液位的变化。

　　由于电子元件接收浮子位移方式的不同，浮力方式液位计分为磁翻板液位计、浮筒液位计、磁致伸缩液位计等。

　　1.1 磁翻板液位计。磁翻板液位计由磁性浮子、圆柱型容器、标尺和变送器组成。浮子在容器内随液面移动，浮子的磁场作用在传感器上，传感器是一条封在不锈钢管内与被测液位等长的胶木条，上面按1cm或更小的间隔焊有众多的干簧管，当干簧管与浮子在同一高度时闭合，否则开路，变送器接收干簧管所连接电阻的多少产生电流信号，转换为液面高度。浮子移动在标尺上显示为红、白珠的翻转，指示液位。

       1.2 浮筒液位计。浮筒液位计有浮筒、弹簧、磁钢室和指示器组成，根据阿基米德定律和磁耦合原理设计。浮筒的位移导致磁钢室磁场发生变化，指示器内的磁传感器***测量周围磁场变化，与液位对应从而反映出液位变化。

　　1.3 磁致伸缩液位计。磁致伸缩液位计主要由浮子、波导管和变送器组成。变送器的电子部件产生低压电流脉冲，开始计时，产生磁场沿磁致伸缩线向下传播，浮子随着液位变化沿测量竿移动，浮子内磁铁也产生磁场，两个磁场相遇，磁致伸缩线扭曲形成扭应力波脉冲，脉冲速度已知，计算脉冲传播时间即对应液位***变化。

2、通过压力方式进行测量的液位计类型

　　压力方式的液位计即通过其测压元件测量液体压力的方式反映液面高度的液位计。一般由变送器、传感器和压力探头组成。传感器是内置毛细软管的特殊金属杆或电缆，探头构造是一个不锈钢筒芯，底部带有膜片。探头侵入液体中，测试受到的液体静压与实际大气压之差，压差随液位变化，电子元件接收压差信号反映液位的变化。根据传感器材质的不同分为杆式和缆式两种。

　　2.1 杆式压力液位计。杆式压力液位计的传感器是金属杆。其一般技术参数为，测量范围一般0~5m，输出信号：（4~20）mA，测量精度一般±0.5%。

　　2.2 缆式压力液位计。由于传感器是电缆，可以弯曲，方便搬运和装卸，所以缆式压力液位计的量程可以很大，有100m，甚至300m，其测量精度一般为±1.0%。

　　2.3 差压液位计。差压液位计也是通过检测压力差来测量液位的。液位计有气相和液相两个取压口。气相取压点处压力为设备内气相压力；液相取压点处压力除受气相压力作用外，还受液柱静压力的作用，液相和气相压力之差，就是液柱所产生的静压力，转换成液面高度。

三、通过反射方式进行测量的液位计类型

　　目前反射方式的液位计主要有雷达液位计和超声波液位计两种。它们的原理基本相同，都是通过发射――反射――接收超声波或电磁波（雷达波）的方式测量液面高度的。

　　4.1 雷达液位计。雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而计算出液面的液位。

　　4.2 超声波液位计。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，声波经液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液体的距离。

四、通过导电方式进行测量的液位计类型

　　导电方式的液位计基于电学原理，通过测量电容或电阻的方式测量液位。这类液位计主要包括电容液位计、射频导纳液位计、电阻液位计。

　　3.1 电容液位计。电容液位计采用测量电容的变化来测量液面的高低。由一根金属棒插入液体容器内，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和液面上气体的介电常数不同，通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。

　　3.2 射频导纳液位计。射频导纳液位计是电容液位计的升级版，可以理解为用高频无线电波测量导纳，。仪表工作时，仪表的传感器与灌壁及被测介质形成导纳值，物位变化时，导纳值相应变化，电路单元将测量导纳值转换成物位信号输出，实现液位的测量。

　　3.3 电阻液位计。电阻液位计通过电极接触导电液体，在电极间施加低频电压，当电极从断开状态变为串接液体电阻时，形成导电通路，也就是用液体的导电性来测量液位，用多个定点的测量电阻就可以进行水位的连续测量。

五、本文结语

　　依据测量方式的不同，把液位计分为以上四大类，使得读者对液位计有了一个完整、明了的认识，对广大用户的选购也提供了一定的参考价值。这一分类方法是笔者根据所学知识和实际应用的一个探讨，如有不足之处，敬请批评指正。

按照国家检定规程的描述，2m 以下液位计需通过标准水箱装置进行检定，超过 2m 的还需用模拟法进行检定[1]。但是，受大量程磁性浮子流量计本身尺寸的限制，磁性浮子流量计超过 2m 的液位计在实验室的安装存在问题，而规程对模拟检定方法又未作具体说明。磁性浮子流量计那么此类液位计能不能实现在线校准呢? 归纳起来，需解决以下几个问题:

(1) 液位计测量的介质密度范围往往较宽，一般为 0. 8 ～ 1. 2g/cm3，密度对液位计测量误差的影响如何进行修正;

(2) 现场储罐就如同一个黑匣子，如何确定液位参照点进行校准是一个关键的问题;

(3) 磁性浮子流量计储液罐的安装不可能是***竖直的，那么如何选择测量标准器，怎么测，将会显得非常重要。

    本文以带电远传信号 ( 4 ～ 20mA)的侧装式磁性浮子流量计为例探讨简单而有效的现场校准方法，以期能够达到在现场安装条件下测量整个系统的液位误差及其不确定度的目的，具有实际意义。

二、结构原理

磁性浮子流量计是根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的***磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转，从而实现液位清晰的指示。通过内置干簧管触点的开闭，实现电流或电压信号的传送。磁性浮子流量计在出厂时一般会通过模拟方法 ( 此方法规程中未说明) 进行调校，确保供货时与实际介质相匹配。

三、现场校准具体步骤

(1) 确定介质密度

    介质密度可以用标准密度计测量，磁性浮子流量计也可以根据用户提供的具体资料查取，介质密度需记录备案，确保介质密度能够符合液位计使用说明书的要求。虽然理论上介质密度对液位计的示值有影响，但是实际使用中液位计的零位和满度值都可以通过电位器直接调整过来。

(2) 确定参考零点

a) 用游标卡尺测量连接管路内径D，磁性浮子流量计在罐体上部确定一个标准液位的下尺点，如有条件，***好能够打磨成凹槽以免测深尺摆动，并作记号;

b) 在罐内不带压力的状态下以手动方式往储罐内注水，当水位略高于液位计进水管时停止注水，磁性浮子流量计打开下连接法兰口手动球阀 E 并松开罐体与被校液位计间的连接法兰 F ( 不取下，使水流不过冲) ，直到管路中无涌动流时，关闭E，取下法兰，待罐内液体平稳时打开E，再待呈滴流状态，稳定 1min (必要时可通过排水阀门排水，提高检测效率);

c) 磁性浮子流量计用测深钢卷尺测量从测点到水面间的距离 ha，实际零位空高 h0= ha-D /2，此状态即液位计测量零点。

(3) 各液位点的校准

a) 装上法兰，关闭 E，继续往罐内注水，至翻板指示需校准液位的主刻度处，待水面稳定后测量输出电流 Ii及水位空高 hi，实际液位为: H0= h0-hi= ha- D /2 - hi;

b) 继续其他点的测量磁性浮子流量计直到满量程。

(4) 液位零点和满度的调校

    在确定参考零点的同时，调整零点电位器，使得输出电信号显示为 4mA;满度调整在标准液位的上限值进行，调增满量程电位器，使得输出电信号显示为 20mA。磁性浮子流量计下行程测量中若输出存在偏差，参照此方法进行调整。现场校准需要重复以上步骤三个回程的测量。

四、本文总结：

    现场校准所用的仪器简单实用，可操作性强，解决了大量程液位仪表实验室无法检测的难题，更具有实际价值。在不可直接接触液体介质的情况下，磁性浮子流量计若罐体倾斜度微小、测点表面水平，也可用激光测距仪来代替测深钢卷尺，尽管如此，现场检测还具有一定的局限性，此方法不适用于带压容器或者易挥发介质的液位校准。另外随着国内磁性浮子流量计的生产力提高，生产出的磁性浮子流量计越来越，所测量的精度也越来越高，磁性浮子流量计不仅仅利用在工业方面，在某些化学研究和生物研究方面，也非常受欢迎。