如何选择合适的连续液位传感器？

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：连续液位传感器提供了一个连续的输出信号，表示液位从最小值到最大值的不断变化。要注意的是连续液位传感器有很多种，要根据容器的类型和待测液体或颗粒材料的种类选择合适的传感器。在某些文献中，这种传感器被称为射频导纳液位传感器。超声波液位传感器还可以用在容易损坏探测器的腐蚀性材料或磨料中。

连续液位传感器提供了一个连续的输出信号，表示液位从最小值到最大值的不断变化。它常用来测量固体微粒或液体，输出信号通常为4～20mA的模拟信号。要注意的是连续液位传感器有很多种，要根据容器的类型和待测液体或颗粒材料的种类选择合适的传感器。

1.压差液位传感器

压差液位传感器根据探测液体受到的压力来检测液体的液位。这种测量技术是合理的，装有液体的圆柱形容器底部的压力和容器中液体的高度成正比。换句话说，圆柱形容器中液位越高，容器底部受到的压力就越大。这个压力相当于排出压力或静水排出压力。

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图4-49　压差液位传感器

图4-49所示为一个压差液位传感器，安装在一个地下容器中。注意，传感器是安装在顶部的。而在开口容器，如水池、水箱或深坑中可以使用安装在一侧的传感器。液位传感器的探测面靠近容器的底部，一个应变计压力传感器用来检测水在容器底部产生的压力。传感器的探测面是经过特殊设计的，对含有大量微粒的液体，如污水浆也可以进行探则。电子系统通常输出一个4～20mA的信号或驱动一个液晶显示器（LCD）。这种传感器应用于水池、污水池和各类在顶部或侧面很难安装传感器的容器中。与下面介绍的电容型和雷达型传感器相比，压差液位传感器既不需要信号参考地，也不需要为了保证测量的可靠性而进行周期性的清洁。

2.电容液位传感器

电容液位传感器通过一个容器内的液体或颗粒材料中的探测器发出无线电波来测量液位。在某些文献中，这种传感器被称为射频（RF）导纳液位传感器。发射的无线电频率的能量和探测器与容器壁之间的电介质或电容的大小呈函数关系。当液体或原料的液位上升时，探测器和容器壁之间的电介质发生改变，探测器发出的能量也将随之发生变化。能量的大小和液体或原料的液位高低成正比。当液体或原料的液位上升时，可以连续测量电介质的改变。图4-50所示为一个安装在谷仓中的电容液位传感器。注意，探测器安装得非常靠近容器壁，这样才能准确测量探测器和容器壁之间的电介质。通常当谷物液位到达规定高度时，输出一个声音的报警信号。有些应用中如果装液体或原料的容器不是金属制品，需要使用两个安装得很接近的探测器，测量液体或原料液位的方法与使用一个探测器与容器壁测量的方法一样。图4-51示出了一组探测器长度不同的电容液位传感器。这些传感器中的电子组件包括一个嵌入式微控制器，用来提供传感器的其他性能，如现场刻度、选择灵敏度、温度补偿和自检。

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图4-50　电容液位传感器

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图4-51　电容液位传感器实物

3.超声波液位传感器

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图4-52　超声波液位传感器

超声波液位传感器的工作原理是通过测量声波在空气或气体中的传播速度来探测液位。由传感器的电子组件发射声波，当声波碰到液体或固体时，将被反射到传感器的接收器中。其他电子组件用来测量声波传输的时间，并将时间转换为距离信号。图4-52所示为一个安装在装满液体容器中的超声波液位传感器。超声波液位传感器适合用来在装有放射性物质或胶状物质的容器中探测液位，如探测沥青和炭黑的液位。超声波液位传感器还可以用在容易损坏探测器的腐蚀性材料或磨料中。容器中如果装的是粉状、带孔洞的、泡沫状原料，则不能使用这种超声波液位传感器，因为它无法反射声波，反而会吸收声波。

4.雷达液位传感器

雷达液位传感器的功能与超声波液位传感器相似，但它发送和接收的都是高频无线电波而不是声波。雷达液位传感器可以用来测量超声波液位传感器无法测量的表面布满泡沫的液体、汽化液体或粉尘状原料的液位。另外，超声波液位传感器还可以用在装有半流体的容器中，容器中的原料会随着时间流逝而慢慢沉淀。如果容器上方是比较轻的液体，下方是沉的液体时，也可以使用这种传感器。

5.声级传感器

声级传感器或液位测深器通过探测线上张力的改变来计算容器中液体或颗粒材料的液位。传感器用线悬吊一个砝码，将其下放到液体中。线下降时，在砝码接触液体之前，线上的张力一直不变。当传感器检测到线上张力改变后立刻停止放线，卷轴将线连同砝码一起回收。然后计算线被完全绕回之前卷轴旋转的距离，并将这个旋转距离转换为液位测量值。传感器的电子组件被压缩在一个防水和防尘的外壳内。图4-53所示为一个安装在装有液体的容器中的声级传感器。它通常应用在井水的测深、印刷机的墨盒、农业蓄水池和料箱中。图4-54描述了一个包含电子部件和带盘的水井液位测深器，这个液位测深器使用了一个9V电池供电，并有一个可发声蜂鸣器和一个指示灯。

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图4-53　声级传感器

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图4-54　美国Global Water公司水井液位测深器

6.气泡式液位传感器

气泡式液位传感器用来测量气泡系统的压力，然后将压力转换为液位的准确测量值。这种传感器通常使用微处理器控制以便获得优良的精确度和稳定性。气泡系统通过测量水下软管流过空气所造成的压力测量液体的液位。该软管安装时底部浸入到待测液体中，空气从管末端流出时变为一串气泡。气流的流速对测量影响不大，只是用来使液体无法流入软管中。因此将空气压入管中需要的压力就等于管输出端受到的压力。该压力和管末端距离液面的高度成正比。气泡系统可以用于地下水水位和填埋过程监视，堤坝、储槽和水库的液位监控及废水监控。

气泡式液位传感器一个很大的优越性在于压力传感器的定位。传感器安装在气源附近，而不用安装在液位以下。浸在水中的传感器可能会被腐蚀、堵塞或冰冻，也可能被碎片、动物或人损坏。气泡系统中唯一安装在水下的是空气管，如果它损坏，更换的成本也非常低廉。

这种系统的缺点在于其成本高、零件组成复杂、维护烦琐，并需要适当的调整。一个气泡系统通常包括一个或两个空气压缩机、一个压力调节器、一个针形阀、一个压力计、一个气流计和一个水下软管。这种系统若出现未检测到的漏气现象，将造成错误的液位读数和压缩机的损坏。

如何选择合适的连续液位传感器？

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