浮球式液位计浮筒液位计的工作原理

一：简介液位计就是用来测量并显示罐体内液位高度的，液位计的种类非常多。常用液位计有：玻璃管液位计、磁翻板液位计、静压液位计、差压式液位计、浮球液位计、雷达液位计、电容式液位计、射频导纳液位计、磁致伸缩液位计、伺服式液位计等；测量物位的有超声波物位计和放射性物位计等。从测量原理上来说可以分为接触式测量与非接触式测量、压力式原理测量等。下面我们逐一介绍各种液位计的工作原理及应用。

第二:工作原理

1:玻璃管液位计

原理:玻璃管液位计是根据通讯设备的原理设计的，由玻璃管和液位计主体组成。液体通道通过法兰或锥管螺纹与被测容器连接构成连通装置，通过玻璃管观察到的液位与容器内的液位相同，即液位高度。

根据HG21592-95标准生产的液位计两端的针形阀不仅起截止阀的作用，而且液位计内部的钢球也具有止回阀的作用。当液位计意外损坏泄漏时，钢球在介质压力的作用下可自动关闭液体通道，防止大量液体流出，起到安全保护作用，前提是罐内压力大于》0.2Mpa .液位计可通过改变零件材料或增加一些辅助零件来实现防腐、保温、防冻、照明等功能。

此外，还有一个玻璃管液位计标准:/T9243-1999。

由于玻璃管易碎，一般玻璃管液位计会配有保护玻璃管的护套，有些液位计还会配有取样阀，用于对罐内液体进行取样或在维修时排出玻璃管液位计内的液体。

一般情况下，建议玻璃管液位计的长度不超过2m。如果要测量超过2m的液位，建议采用多级交错安装，如下图所示:

适用范围及特点:【/br/]玻璃管液位计具有结构简单、经济实用、安装方便、运行可靠、使用寿命长等优点。但缺点也很明显:内表面容易被污染，导致读数困难，不便于远程传输和调节。

该产品作为一种基本的液位指示器，广泛用于最简单的液位测量场合和自动化程度较低的大型工程项目中的液位测量和监控。

玻璃管液位计应按以下步骤安装:

（1）安装液位计前，请小心打开箱子，以免箱子上的钉子打碎玻璃。然后安装时不要太用力撞击玻璃管液位计本体。不要有太大的震动。

（2）液位计安装后，当介质温度较高时，不要立即打开阀门，应预热20-30分钟，待玻璃管有一定温度后再缓慢打开阀门。

开阀程序:先慢慢打开上部阀门，再慢慢打开下部阀门，使被测介质能慢慢进入玻璃管。

（3）液位计在使用时，应定期清理玻璃管内外壁的污垢，以保持液位显示清晰。清洗程序:首先，关闭与容器连接的上下阀门，打开排水阀，排出玻璃管中的残留液体，并用合适的清洗剂或长杆刷清洗管内壁上的污垢。

2.磁性翻板液位计

原则:

根据浮力和磁耦合原理工作。当被测容器内的液位升降时，磁翻板液位计主管内的浮子也随之升降，浮子内的永磁钢通过磁耦合传递给现场指示器，带动红白翻转柱翻转180°。当液位上升时，翻转柱由白变红，当液位下降时，翻转柱由红变白，容器内液位的实际高度在红白指示器的分界线上，从而实现液位的指示。【/br/]它可以在本地显示和远程控制。当用于远程控制时，浮球中的磁铁和传感器（磁簧开关）的作用是改变电路中串联的元件（如固定电阻）的数量，进而改变仪表电路系统的电气量。也就是说，磁浮子位置的变化引起电量的变化。

通过检测电量的变化来反映容器内的液位。可直接输出电阻值信号，或利用传输模块输出电流值（4 ~ 20ma）信号。同时配合其他变换器输出电压信号或开关信号。从而实现电信号的远程传输、分析和控制。

磁翻板液位计具有现场显示的直读特性。无需组合多组液位计。

这是由于磁耦合隔离器封闭结构。特别适用于易燃、易爆和腐蚀性液体的液位检测。这样，原来复杂环境下的液位检测方法变得简单、可靠和安全。

根据安装位置的不同，有侧装式磁翻板液位计和顶装式液位计。

相关标准:HG/T 21584-1995磁性液位计。

适用范围:广泛用于石油加工、食品加工、化工、活性炭加药装置、石灰加药系统、高锰酸钾加药设备、加药设备、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉的液位测量、控制和监视。

优点:磁浮子液位计可实现高密封、防漏，适用于高温、高压和耐腐蚀场合。对于高温、高压、有毒、有害和强腐蚀性介质更为有利。

缺点:磁浮子与介质直接接触，浮球密封要求严格，无法测量粘性介质。磁性材料，如退磁，很容易导致液位计无法正常工作，翻板很容易卡住，导致无法远程传输指令。

3:静压液位计

原理:当压力传感器深入或接触被测液体时，介质压力P将与液面高度H成正比，线性度很高；

即:p = P=ρgh其中:

ρ:被测介质的密度（千克/立方米）

g:局部重力加速度（米/秒2）

h:被测液体的高度（米）

对于某一被测介质和同一地点，ρ和g为常数。很容易得到:h = P/（ρg）

上述表达式是液位变送器工作原理中的核心公式。

与液位成比例的压力由安装在容器底部的变送器探头（装有传感器）检测并转换为电信号，该电信号传输到储液容器上的转换单元，与液位相关的电信号通过转换转换为4~20mA的标准信号并输出。

静压液位计有底部安装式和投入式两种。

静压液位计仅用于测量与大气相通的储罐的液位。如果储罐中有压力，应使用差压液位计。

优点:静压与液位成正比，因此可以通过用压力表测量基准面上液柱的静压来测量液位。推广范围广且易于校准。

缺点:由于受介质密度和温度影响较大，其精度往往较差。为了消除这些影响，需要许多其他测试仪器。因此，建立一个完整的静压测量系统非常昂贵。

4.差压液位计

原理:差压液位变送器是一种电气元件，它测量高低压差，然后由转换元件将其转换为电流信号并传输到控制室。差压式液位计主要用于密闭压力容器的液位测量。压差也代表液位的高度。通过用压差计测量气体和液体之间的压差可以知道液位。

使用差压变送器测量液位时，由于差压变送器安装在不同的位置，正压和负压导管中充满液体，这将使差压变送器具有固定的差压。当液位为零时，差压计显示正或负指示偏差而不是零。

为了正确指示并消除这种固定偏差，有必要将零点向下或向上移动，即移动到& # 39；零移民& # 39；。这个压差值称为迁移。如果该值为正，则系统称为正迁移；如果为负，则系统为负迁移；如果该值为零，则没有迁移。

应用:该产品性能可靠，测量水平优异。一般适用于测量水基介质、原油或其他液位。当采用浸没法测量和控制液位时，使用具有标准输出信号的液位变送器非常方便:它可以直接与数控仪表一起使用，并且可以互换。

优缺点与静压液位计相同。

5:浮球液位计

原则:

浮球液位计的结构主要是根据浮力和静磁场原理设计制作的。带有磁铁的浮球在被测介质中的位置受浮力的影响:液位的变化导致磁浮子位置的变化。浮球中的磁铁和传感器（簧片开关）的作用是改变电路中串联的元件数量（如固定电阻），进而改变仪表电路系统的电气量。也就是说，磁浮子位置的变化引起电量的变化。

通过检测电量的变化来反映容器内的液位。液位计可直接输出电阻值信号，也可配合传输模块输出电流值（4 ~ 20ma）信号。同时配合其他变换器输出电压信号或开关信号。从而实现电信号的远程传输、分析和控制。

注意:被测介质不应含有铁磁性杂质。

浮球液位计有以下三种安装方法:

1:侧面底部安装2:顶部安装3:侧面安装

6.雷达液位计

原理:雷达液位计是基于时间旅行原理的微波液位计，是微波（雷达）定位技术的一种应用。它通过能够发射能量波（通常是脉冲信号）的装置发射能量波，能量波被障碍物反射，反射的信号被接收装置接收。根据测得的能量波动过程的时间差，确定料位的变化。微波信号由电子设备处理，最终转换为与料位相关的电信号。【/br/]在微波液位测量设备中，使用的能量波通常是频率为8.3GHz的高频电磁波（大多数在6GHz左右，但也有更高的频率）。本设备使用的能量波是脉冲能量波。一般脉冲能量波的最大脉冲能量约为1mW（平均功率约为1μW），不会对其他设备和人员造成辐射损伤。

适用范围及特点:雷达液位计用于液体、浆液、颗粒物料的液位非接触连续测量，适用于温度、压力变化较大且有惰性气体或蒸汽存在的场合。它采用微波脉冲测量方法，能在工业频段正常工作。光束能量低，可安装在各种金属和非金属容器或管道中，对人体和环境无害。

优势:

1、无盲区，精度高

2.无需传输介质，不受压力变化、真空、温度变化、惰性气体、烟尘、蒸汽等环境的影响，可用于测量挥发性介质。

3.输出信号为4ma ~ 20ma/hart协议，易于校准，通过数字液晶显示可轻松实现现场校准操作，通过软件可实现简单的组态设置和编程。

4、可在高温工作条件下使用，工艺温度可达200℃，使用高温加长天线时可达350℃。

缺点:价格贵，仪器需要设置的参数多；无意中接触天线上的介质会产生错误；如果有结冰，清洁天线；初始安装需要没有介质的储罐。

7:电容式液位计

原则:

电容液位计的测量原理，振荡电路的振荡频率与电容值有关，物位的变化引起系统电容的变化，从而改变振荡电路的振荡频率。传感器中的振荡电路可以将液位变化引起的电容变化转换为频率变化，并将其发送到电子模块，经计算、分析和处理后转换为工程量，从而实现液位的连续测量。

它由传感器、二次仪表和其他附件组成。传感器放置在水箱顶部，探头垂直伸入水箱，二次仪表放置在其他合适的地方。该传感器将液位的变化转换成相应的电脉冲信号，传送给二次仪表处理和显示液位高度，并具有高/下限报警和4 ~ 20ma传输输出，适用于液体/固体物料作物液位的显示、报警、控制和远程显示或形成系统。

适用范围和特点:

优点:结构简单、安装方便、性能可靠；同时电极采用不锈钢材质，耐腐蚀性强，可用于绝缘和导电材料，维护量小。

缺点:介电常数需要稳定，否则会有很大误差。不适用于介电常数或材料湿度变化太大的场合以及材料颗粒大于15毫米且无法与电极良好接触的固体介质。

液位计可广泛应用于石油、化工、电力、冶金、食品、环保等工业部门，监测开口或压力容器中物料的液位。

8:射频导纳液位计

原则:

射频导纳是由电容发展而来的一种更可靠、更精确、更适用的新型液位控制技术，是电容液位技术的升级。所谓射频导纳，就是电学中阻抗的倒数，由阻性分量、容性分量和感性分量组成，而射频是高频无线电的频谱，所以射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。

仪器工作时，仪器的传感器与灌溉墙和被测介质形成导纳值。当料位发生变化时，导纳值随之变化，电路单元将测得的导纳值转换成料位信号输出，从而实现料位测量。料位控制技术使产品防挂料（传感器粘附的材料称为挂料）性能更好、工作更可靠、测量更准确、适用性更广。

它主要由传感器模块、电子模块和其他连接装置组成。传感器单元主要包括三部分:测量探头、屏蔽电极和接地端子。被测材料的高度反映在探头和容器壁之间导纳的变化上。当物料到达开关工作点时，电子单元反应，驱动继电器动作并输出开关信号。

屏蔽电极可以防止由于电极上的悬挂材料而产生误操作信号，只有当材料真正达到设定值时才能输出开关控制信号。

适用范围和特点:

微波液位控制器采用先进的射频导纳技术，克服了电容式液位开关不能消除导电悬挂物影响的缺陷。具有以下特点:

通用性强:适用于各种场合，可检测颗粒、飞灰、导电、不导电液体、粘性物料；

防粘连电路:先进的防粘连电路设计，可以消除材料的粘连和产生错误的错误信号；

掉电保护模式:低或高故障报警。现场可调。

广泛用于液体、浆液、粉尘、料位和两种液体的边界位置的报警和控制。它能增加现场工作状态的指示，是一种性价比高、稳定性好的液位开关。

9:磁致伸缩液位计

原则:

磁致伸缩液位计的传感器工作时，传感器的电路部分会在波导线上激励出一个脉冲电流，电流沿波导线传播时会在波导线周围产生脉冲电流磁场。磁致伸缩液位计的传感器测量杆外装有浮子，浮子可随液位的变化沿测量杆上下移动。

浮子内有一组永磁环。当脉冲电流磁场遇到浮子产生的磁环磁场时，浮子周围的磁场发生变化，从而由磁致伸缩材料制成的波导丝在浮子所在的位置产生扭转波脉冲，这种脉冲以固定的速度沿波导丝传回并被检测机构检测到。通过测量脉冲电流和扭转波之间的时间差，可以精确地确定浮子的位置，即液位的位置。

优点:磁致伸缩液位计精度高，适用于油液，可测量油水界面。

缺点:磁致伸缩液位计采用接触式测量方式，安装维护要求高，在市场上应用不广泛。

10:超声波液位计

原则:

超声波液位计通过能够发射能量波（一般为脉冲信号）的装置发射能量波。当能量波遇到障碍物时，它们被反射，接收装置接收反射信号。

根据测得的能量波动过程的时间差，确定料位的变化。微波信号由电子设备处理，最终转换为与料位相关的电信号。主探头向被测介质表面发射超声波脉冲信号，超声波在传输过程中遇到被测介质（障碍物）时发生反射。反射的超声波信号由电子模块检测并由专用软件处理。通过分析发射的超声波与回波之间的时间差，结合超声波的传播速度，可以准确计算出超声波的传播距离，进而反映物体水平的情况。

超声波液位计属于声波，需要传输介质，因此会受到罐内温度和压力的影响。

优点:无机械传动部件，可靠性高，非接触测量，不受液体粘度、密度等影响。

缺点:存在测量盲区，不建议使用罐内压力，无法测量挥发性介质。

11:伺服液位计

原则:

伺服液位计基于浮力平衡原理，由微型伺服电机驱动，可精确测量液位等参数。当液位计工作时，作用在细钢丝上的浮子的重力对外鼓的磁铁产生力矩，从而引起磁通量的变化。

车轮和鼓部件之间磁通量的变化导致内磁体上的电磁传感器（霍尔元件）的输出电压信号发生变化。其电压值与存储在CPU中的参考电压进行比较。当浮子的位置平衡时，差值为零。当被测介质的液位发生变化时，浮子的浮力也随之变化。结果，磁耦合转矩改变，这使得具有温度补偿的霍尔元件的输出电压改变。

电压值与CPU中的参考电压之间的差异驱动伺服电机旋转，并调整浮子上下移动以再次达到平衡点。整个系统构成闭环反馈回路，其精度可达0.7毫米，自带悬挂补偿功能，可补偿被测介质附着在钢丝或浮子上引起的钢丝张力变化。

该仪器通过浮子检测浮力，通过测量钢丝检测张力，通过长度检测液位。

优点:不仅可以测量介质的液位，还具有测量介质的密度、油水界面、平均密度和密度分布的功能。

缺点:当测量介质具有高粘度、挂壁、粘稠特性时，伺服液位计会产生较大的测量误差，不适合该类介质的液位测量。

12:音叉液位计开关