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【摘 要】 化工生产中，保证液位测量的准确性﹑可靠性是技术管理人员、运行人员必须长期关注的重要问题。各种装置工艺生产对液位测量仪表的精度﹑稳定性﹑安全性等各种性能的要求各不相同，本文大致阐述了各类液位测量仪表的测量原理及工作特性，探讨液位仪表的分类、性能及应用，对于液位测量仪表的选型提供了一定的理论依据.
【关键词】 液位；测量原理；技术特点；精度；稳定性
引言：
在化工生产中，往往需要对原料、半成品和成品的液位进行测量，來了解物位是否在规定的范围内，以保证连续供应生产中各个环节所需的物料，使生产过程正常进行，确保生产安全和产品的质量、产量。液位计的使用是液位测量的关键所在。既要可靠、实用地测量液位，又不能把危险因素引入生产装置。
根据液位测量原理，液位计有直读式、浮力式、静压式、电容式、超声波及雷达式等，此外有磁致伸缩液位计、外侧液位计等新型液位计。下面分别介绍几种液位检测仪表的工作原理及主要技术特点：
1.直读式液位计
直读式液位计主要有人工检测尺和玻璃液位计等.主要用于直接显示各种罐、塔、槽、箱等容器内介质液位的高度.
人工检测尺利用浸入式刻度钢皮尺测量液位.玻璃管液位计是利用连通器的原理来测量容器内的液位.玻璃管液位计上下阀都装有不同规格的法兰，通过焊接在容器上的法兰，与容器组成连通器，透过玻璃管就可以直接显示容器内介质液位的高度。
直读式液位计读数清晰、直观、可靠，结构简单、维修方便。玻璃液位计不坚固、不安全、不耐压、使用温度范围有限。
2.浮力式液位计
浮力式液位计是基于浮力平衡的原理来测量液位的，有浮子钢带、伺服式、浮球式、翻板式、浮筒式液位计等多种形式.
浮子钢带液位计用于开口容器，比较直观，但传动部件多，容易发生故障.伺服式液位计精度高，故障率低，但安装较困难.浮球式和浮筒式液位计测量高度小.翻板式液位计比较可靠、实用，但远传故障率较高，罐高时相对笨重。
3.静压式液位计
静压式液位计是一种测量液位的压力传感器，有扩散硅、单晶硅、电容式变送器等多种形式.
静压式液位计的工作原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器受到的压力为：Ρ=ρ.g.H+Ρo（式中：Ρ是变送器所受液面的压力，ρ是被测液体密度，Ρo是液面上大气压，H即变送器投入液体的深度）.将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po传感器的负压腔与相连，使传感器测得压力为：ρ.g.H显然，通过测取压力P就可以得到液位深度。
这中液位计都是把静压通过不同方式转换成标准信号输出，相对小而轻，精度高，稳定性较好，应用较广泛。
4.电容式液位计
电容式液位计是依据电容感应原理，将介质液位高度的变化转换成标准电流信号，来实现液位高度测量的液位仪表，主要结构包括容式物位传感器和检测电容的线路。
电容式液位计在测量时是将一根金属棒探入被测量容器的溶液中，将金属棒作为电容的一极，将容器壁作为电容的另一极。两个电极分别处于两种介质之中，而这两种介质的介电常数肯定是不同的，液体的介电常数ε1和气体的介电常数ε2之间存在一个差，这样同一段距离中ε1与ε2的比例不同，加和的结果也不同。电容式液位计测量时，假设ε1>ε2，那么当液位升高时，ε1占据的比例增大而ε2占据的比例减小，两个电极之间的总的介电常数值也就会随之增大，而电容量也就会相应增加，通过对电容量增加值的测算就可以得到液位的高度值。
电容式液位计精度较高，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，防堵塞，防冷冻及固体粉状、粒状物料。但不能测量成份变化的液体，高液位不适宜。
5.超声波及雷达式液位计
超声波液位计与雷达液位计的测量原理是一样的，都是利用超声波（雷达波）在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。以下以雷达液位计为例举例说明其测量原理.
雷达液位计的工作原理：
如上图所示，仪表的探头发波打到液位后反射回探头，探头接收到后计算发波到收波的时间，得到测量距离L，仪表安装高度TH减去测量距离L将得到当前液位H。
雷达液位计不接触介质，无可动部件，故障率低，精度很高，但价格偏高。
6.磁致伸缩液位计
磁致伸缩液位计是一种新型液位计。磁致伸缩线性位移/液位传感器的检测原理基于传感器核心检测元件—磁致伸缩波导丝与游标磁环间的魏德曼效应。
测量时，电子仓中的激励模块在敏感检测元件（磁致伸缩波导丝）两端施加一查询脉冲，该脉冲以光速在波导丝周围形成周向安培环形磁场，该环形磁场与游标磁环的偏置永磁磁场发生耦合作用时，会在波导丝的表面形成魏德曼效应扭转应力波，扭转波以声速由产生点向波导丝的两端传播，传向末端的扭转波被阻尼器件吸收，传向激励端的信号则被检波装置接收，电子仓中的控制模块计算出查询脉冲与接收信号间的时间差，再乘以扭转应力波在波导材料中的传播速度（约2830m/s），即可计算出扭转波发生位置与测量基准点间的距离，也即游标磁环在该瞬时相对于测量基准点间的绝对距离，从而实现对游标磁环位置的实时精确测量。
磁致伸缩直线位移传感器工作原理
磁致伸缩液位计测量精度极高，安全性高，可靠性高，故障率低，使用寿命长，安装维护简便，便于自动化管理.且若将多个温度传感器埋入磁致伸缩液位计的传感杆内，还可以在可测量液位的同时测量介质的多点温度及液面下的平均温度。
7.外测液位计
外测液位计也是一种新型液位计。该仪表利用振动分析原理，通过专用算法处理安装在容器壁外的液位测量头检测到的液位振动波形和容器振动波形，得出液位高度h与振动特征量y及液体温度t之间的数学模型关系：h=f（（a+bt）×y）。式中：a是液体特性系数，b是液体温度系数，t是液体温度（起温度补偿作用，温度测量头同样安装在容器壁外），y是振动特征量。
外测液位计安装维护容易，安全可靠，精度较高，可测量的液体范围广，但需要安装在容器底部，价格较高。
结论
液位测量仪表广泛地应用于石油、化工、食品加工等诸多领域，具有非常重要的意义。文中对多种液位测量仪表的测量方法进行了分类归纳，并对各自的原理、特点等进行了较系统的比较分析。在实际应用中，应根据价格、测量精度、被测介质的特点等因素，合理选择液位仪表的种类。
参考文献：
[1]赵玉珠.测量仪表与自动化[M].石油大学出版社，1997.2.
[2] MTSSystems Corporation.MTSLevel Plus液位测量系统产品及应用简介[M]，1996.
[3]任开春，等.磁致伸缩液位仪介质密度变化对测量精度的影响[J].仪表技术与传感器，2001（1），16-17.
[4]彭伟，等.激光雷达光纤液位传感系统中光学非接触在线测量方法的研究[J].仪表技术与传感器，1997（12），19-22.
【关键词】 液位；测量原理；技术特点；精度；稳定性
引言：
在化工生产中，往往需要对原料、半成品和成品的液位进行测量，來了解物位是否在规定的范围内，以保证连续供应生产中各个环节所需的物料，使生产过程正常进行，确保生产安全和产品的质量、产量。液位计的使用是液位测量的关键所在。既要可靠、实用地测量液位，又不能把危险因素引入生产装置。
根据液位测量原理，液位计有直读式、浮力式、静压式、电容式、超声波及雷达式等，此外有磁致伸缩液位计、外侧液位计等新型液位计。下面分别介绍几种液位检测仪表的工作原理及主要技术特点：
1.直读式液位计
直读式液位计主要有人工检测尺和玻璃液位计等.主要用于直接显示各种罐、塔、槽、箱等容器内介质液位的高度.
人工检测尺利用浸入式刻度钢皮尺测量液位.玻璃管液位计是利用连通器的原理来测量容器内的液位.玻璃管液位计上下阀都装有不同规格的法兰，通过焊接在容器上的法兰，与容器组成连通器，透过玻璃管就可以直接显示容器内介质液位的高度。
直读式液位计读数清晰、直观、可靠，结构简单、维修方便。玻璃液位计不坚固、不安全、不耐压、使用温度范围有限。
2.浮力式液位计
浮力式液位计是基于浮力平衡的原理来测量液位的，有浮子钢带、伺服式、浮球式、翻板式、浮筒式液位计等多种形式.
浮子钢带液位计用于开口容器，比较直观，但传动部件多，容易发生故障.伺服式液位计精度高，故障率低，但安装较困难.浮球式和浮筒式液位计测量高度小.翻板式液位计比较可靠、实用，但远传故障率较高，罐高时相对笨重。
3.静压式液位计
静压式液位计是一种测量液位的压力传感器，有扩散硅、单晶硅、电容式变送器等多种形式.
静压式液位计的工作原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器受到的压力为：Ρ=ρ.g.H+Ρo（式中：Ρ是变送器所受液面的压力，ρ是被测液体密度，Ρo是液面上大气压，H即变送器投入液体的深度）.将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po传感器的负压腔与相连，使传感器测得压力为：ρ.g.H显然，通过测取压力P就可以得到液位深度。
这中液位计都是把静压通过不同方式转换成标准信号输出，相对小而轻，精度高，稳定性较好，应用较广泛。
4.电容式液位计
电容式液位计是依据电容感应原理，将介质液位高度的变化转换成标准电流信号，来实现液位高度测量的液位仪表，主要结构包括容式物位传感器和检测电容的线路。
电容式液位计在测量时是将一根金属棒探入被测量容器的溶液中，将金属棒作为电容的一极，将容器壁作为电容的另一极。两个电极分别处于两种介质之中，而这两种介质的介电常数肯定是不同的，液体的介电常数ε1和气体的介电常数ε2之间存在一个差，这样同一段距离中ε1与ε2的比例不同，加和的结果也不同。电容式液位计测量时，假设ε1>ε2，那么当液位升高时，ε1占据的比例增大而ε2占据的比例减小，两个电极之间的总的介电常数值也就会随之增大，而电容量也就会相应增加，通过对电容量增加值的测算就可以得到液位的高度值。
电容式液位计精度较高，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，防堵塞，防冷冻及固体粉状、粒状物料。但不能测量成份变化的液体，高液位不适宜。
5.超声波及雷达式液位计
超声波液位计与雷达液位计的测量原理是一样的，都是利用超声波（雷达波）在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。以下以雷达液位计为例举例说明其测量原理.
雷达液位计的工作原理：
如上图所示，仪表的探头发波打到液位后反射回探头，探头接收到后计算发波到收波的时间，得到测量距离L，仪表安装高度TH减去测量距离L将得到当前液位H。
雷达液位计不接触介质，无可动部件，故障率低，精度很高，但价格偏高。
6.磁致伸缩液位计
磁致伸缩液位计是一种新型液位计。磁致伸缩线性位移/液位传感器的检测原理基于传感器核心检测元件—磁致伸缩波导丝与游标磁环间的魏德曼效应。
测量时，电子仓中的激励模块在敏感检测元件（磁致伸缩波导丝）两端施加一查询脉冲，该脉冲以光速在波导丝周围形成周向安培环形磁场，该环形磁场与游标磁环的偏置永磁磁场发生耦合作用时，会在波导丝的表面形成魏德曼效应扭转应力波，扭转波以声速由产生点向波导丝的两端传播，传向末端的扭转波被阻尼器件吸收，传向激励端的信号则被检波装置接收，电子仓中的控制模块计算出查询脉冲与接收信号间的时间差，再乘以扭转应力波在波导材料中的传播速度（约2830m/s），即可计算出扭转波发生位置与测量基准点间的距离，也即游标磁环在该瞬时相对于测量基准点间的绝对距离，从而实现对游标磁环位置的实时精确测量。
磁致伸缩直线位移传感器工作原理
磁致伸缩液位计测量精度极高，安全性高，可靠性高，故障率低，使用寿命长，安装维护简便，便于自动化管理.且若将多个温度传感器埋入磁致伸缩液位计的传感杆内，还可以在可测量液位的同时测量介质的多点温度及液面下的平均温度。
7.外测液位计
外测液位计也是一种新型液位计。该仪表利用振动分析原理，通过专用算法处理安装在容器壁外的液位测量头检测到的液位振动波形和容器振动波形，得出液位高度h与振动特征量y及液体温度t之间的数学模型关系：h=f（（a+bt）×y）。式中：a是液体特性系数，b是液体温度系数，t是液体温度（起温度补偿作用，温度测量头同样安装在容器壁外），y是振动特征量。
外测液位计安装维护容易，安全可靠，精度较高，可测量的液体范围广，但需要安装在容器底部，价格较高。
结论
液位测量仪表广泛地应用于石油、化工、食品加工等诸多领域，具有非常重要的意义。文中对多种液位测量仪表的测量方法进行了分类归纳，并对各自的原理、特点等进行了较系统的比较分析。在实际应用中，应根据价格、测量精度、被测介质的特点等因素，合理选择液位仪表的种类。
参考文献：
[1]赵玉珠.测量仪表与自动化[M].石油大学出版社，1997.2.
[2] MTSSystems Corporation.MTSLevel Plus液位测量系统产品及应用简介[M]，1996.
[3]任开春，等.磁致伸缩液位仪介质密度变化对测量精度的影响[J].仪表技术与传感器，2001（1），16-17.
[4]彭伟，等.激光雷达光纤液位传感系统中光学非接触在线测量方法的研究[J].仪表技术与传感器，1997（12），19-22.