各种液位计

第七届工业仪表与自动化学术会议
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浅谈液位计种类与现状

黄金潮1 高鸿毅1 黄萌华1 林清萍2 胡世琪2 董凌伟2 （上海信东仪器仪表有限公司1，上海 201615；信达实业发展有限公司2，上海 201615）摘要：随着国家经济的发展，自动化程度的提高，使得液位仪表的需求量增大，要求产品具有多功能、智能化、多样性、
总线通信和无线通信等特点。选取了伺服液位计、钢带液位计、浮筒液位计、雷达液位计、吹气式液位计和磁致伸缩液位计等几种代表性液位计的构造与技术现状作了简要介绍。随着自主创新、自有技术的进步，过程自动化所需的液位（物位）仪
表国产化的比例会将会越来越大。关键词：液位检测多样性智能 0 引言液位计是企业自动化的重要检测工具，主要用于生产过程中对罐、釜、塔等液位或界面的检测与控制。近几年来随着电子技术的进步和企业自动化和节能的需要，液位测量与控制技术有很大的提高。目前企业生产过程所应用的液位计种类繁多，有伺服液位计、钢带液位计、浮筒液位计、磁翻板液位计、超声波液位计、磁致伸缩液位计、雷达液位计、电容液位计、玻璃板液位计、玻璃管液位计、吹气液位计、差压液位计、激光液位计和γ射线料位计等，用得最多的是差压液位计和浮筒液位计。随着国家经济的发展，自动化程度的提高使得液位仪表需求猛增，同时要求产品多功能、智能化、多样性、总线通信和无线通信等。国家已提出自主创新作为今后发展装备工业的国策，我国过程自动化中所需的液位（物位）仪表，随着自主创新、自有技术的进程，将会生产更多更好属于自己知识产权的产品，国产化的比例会越来越大。在这里，我们就从以下具有代表性的几种液位计的构造与技术现状作简要介绍。 1 伺服液位计 1.1 概述智能型伺服式步进电机液位计是利用张力平衡原理，由伺服步进电机N等组成数字化伺服操作系统，从步进电机的步进数取得测量鼓轮C转动的角度，使得液面测量有0.1 mm的跟踪精度。它是石化、电力等工业领域中贮罐测量和罐区管理的理想选择。可对液位、温度进行常规的测量与传送、两种不同液体的界面（如油与水）、淤泥高度、液体密度的测量传送等。其工作原理如图1所示。 1.2 产品技术现状 ① 测量范围：0～100 m； ② 工作压力：0～3 MPa； ③ 温度范围：-200～+300℃； ④ 精度：±1 mm； ⑤ 分辨率：±0.1 mm； ⑥ 通信：双向通信、RS485总线连接。 1.3 厂商主要有日本东京计装株式会社、德国 E+H 公司、上海信东仪器仪表有限公司等。 2 钢带液位计 2.1 概述钢

带液位计是典型的机械型液位计。它由检测浮子、传送部件（钢带、导向弯头等）和仪表本体所组成。指示器由链轮、绕轮、恒扭矩弹簧、齿轮装置、指针和刻度盘组成。与液位计配套的变送器是通过连接机构与指示器机身上的链轮轴相连接。从而输出接点、数字信号或模拟信号。它被广泛应用于石油产品的储量检测、工业用水、污水的环保监测、化工中安全生产等。其工作原理如图2所示。
联接
导向弯头
指针、刻度盘
（或计数器）
恒转矩盘弹簧钢带盘绕轮
上下线报警变送器
微动开关
凸轮
液位信号线
报警信号线
液位、模拟、
数字变送器
变送器
模拟变送器
数字变送器
报警变送器
导向弯头
测量纲带
齿轮传动装置链轮
浮子
液面
图2 钢带液位计的工作原理
DEF1 H G
M
N
L
IKC
B
A液位数据
微处理器
图1 伺服液位计的工作原理

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2.2 产品技术现状 ① 测量范围：0～30 m； ② 工作压力：0～3 MPa； ③ 温度范围：-196～+400℃； ④ 精度：±2 mm。 2.3 厂商主要有日本东京计装株式会社、大连樱测仪表有限公司、北京自仪四厂、上海信东仪器仪表有限公司、大连第五仪表厂等。 3 浮筒液位计 3.1 概述浮筒液位计是液位计中一个重要的传统产品，由于它直观、稳定、可靠性高、因而对连续生产的炼油、化工中的重要容器、设备，如塔类、贮罐中间容器等的液位测量都是非常适用的，从对于典型石化装置液位计的应用得出，应用最多的液位计有两种：即差压式液位计和浮筒液位计。仪表由转换机构和变送组件所组成，转换机构感受液位变化输出扭杆角位移，变送组件接收角位移信号输出标准电流信号。其工作原理如图3所示。 3.2 产品技术现状 ① 测量范围：一般0～2 m，最大达10 m； ② 精度：±0.5%F.S； ③ 最高压力：2 500 Ib（42 MPa）； ④ 温度范围：-196～+400℃； ⑤ 输出信号：4～20 mA DC+HART标准，也有其他通信标准； ⑥ 显示：数字式为多，也有指针式； ⑦ 附加功能：带夹套、带散热片。 3.3 厂商主要有上海信东仪器仪表有限公司、上仪五厂、浙江联大、丹东通博、东京计装株式会社、美国费希尔公司、美国福克斯波罗公司、英国输力强集团公司等。 4 磁翻板液位计 4.1 概述磁翻板液位计是液位计中的一种价格低、安装简便的传统产品。液面指示采用清晰、可视带颜色的翻板（或翻柱），读数清晰、防泄漏，在高温、高压、高粘度、强腐蚀条件下安全可靠地测量液位或界面，全过程测量无盲区、显示醒目、测量范围大，一台表可具显示、报警、远传输出等三大功能。其工作

原理如图4所示。 4.2 产品技术现状 ① 量程：一般为0～6 m，也有15 m； ② 精度：一般为±10 m，也有±5 mm； ③ 最高压力：40 MPa； ④ 温度范围：-200～+538℃； ⑤ 输出：4～2 0 mA+HART或PA标准； ⑥ 附加功能：高、低温隔热、衬里、装有夹套。 4.3 厂商
主要有上海信东仪器仪表有限公司、上海星申仪表
有限公司、德国科隆、东京计装株式会社、浙江联大、
开封仪表厂、上海妙迪仪表有限公司、德国柯普乐、德
国荷特科技术有限公司、美国凯泰克（天津）物位有限公司等。
5 雷达液位计 5.1 概述利用微波来检测液位，是近年来发展最快的一种液位测量技术。俗称雷达液位计。由于微波的传播不依赖介质，可用于有挥发、高温及压力的工况；传播损耗小，量程大小对价格的影响不大；波束不受环境影响，故测量精度较高，一般产品为0.1%，精密级产品可达0.5 mm或1 mm绝对精度。如图5所示，是采用FMCW调
图3 浮筒液位计的工作原理
指示器
翻板
金属管
磁铁
浮子
图4 磁翻板液位计工作原理图

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频连续波高精度的频差原理，达到高精度、高稳定性。 5.2 产品技术现状 ① 可测介质的介电常数≥1.4； ② 频率/波段：5.8 ~10 GHz/X波段或24～26 GHz/K波段，并向K波段发展； ③ 测量范围：一般为0.2～30 m，可达70 m； ④ 压力：一般 4 MPa，最高64 MPa； ⑤ 温度范围：-40～+427℃； ⑥ 通信：HART、PA、Modbus、RS-485、FF以HART为多； ⑦ 介质：液体、粉末、石块、煤、颗粒…… 5.3 厂商主要有东京计装（台湾分公司）、德国西门子、德国科隆、德国天津天威公司、美国凯泰克（天津）物位有限公司、美国 Management、英国Hycontrol、匈牙利Nivelco、德国P+F、德国E+H、上海信东仪器仪表有限公司、浙江联大、英国爱肯卓有限公司、美国罗斯蒙特、美国普林柯、SAAB公司等。 6吹气式液位计 6.1 概述吹气式液位计是静压式液位计的一种，它由吹洗装置、过滤器减压阀、入口和出口压力表以及切换阀（测量/吹洗）组装在一只面板上，并通过插入液体中的吹气管，在外加气压的作用下，就在其下端产生连续不断的汽泡，则此它所受到的反作用力与液压相等。空气吹气装置是一种差压传感器，它将液位的测量转化为差压的测量，故利用吹气法可测量液位、界面、密度等参数。它非常适用于含有固体、颗粒的液体以及高粘度介质液位的测量，特别适用于放射线等危险场所中的应用。其工作原理如图6所示。 6.2 产品技术现状 ① 气源：3～9.9 kg/cm2； ② 流量：0.12～1.2 NL/min； ③ 吹气管：标准为4 000 mm（长度大于4 000 mm

时需连接）； ④ 介质：含有杂质、固体的液体、高粘度的料液（如聚苯乙烯）。 6.3 厂商主要有东京计装株式会社、德国科隆、上海信东仪器仪表有限公司等。 7 磁致伸缩液位计 7.1 概述磁致伸缩液位计是应用磁致伸缩技术，它采用了以稳定的速度在固体中传输的超声波振动来检测浮子位置（液位）的一种具有测量精度高、安装方便、使用寿命长、一机多用（可测液位、界面、密度、温度）、环境适用性好（诸如挥发性、腐蚀性液体、增压和真空罐等的严酷条件）的液位计，因而具有广泛的应用前景，特别适合在油库、加油站、食品饮料液位罐中的应用。其工作原理如图7所示。 7.2 产品技术现状 ① 测量范围：0～22 m ② 最高压力：21 MPa ③ 温度范围：-196～+427℃ ④ 输出：RS485或4～20 mA+HART标准、FF总线 ⑤ 精度：±1 mm，最高为±0.5 mm ⑥ 分辨率：0.1 mm 7.3 厂商主要有美国凯泰克（天津）物位有限公司、德国柯普乐、东京计装株式会社、北京仪通鑫磊测控技术有限公司、北京昆仑海岸传感技术中心，深圳江元测控设备有限公司等。
波导管
线性扫频辐射波
MIX
FFT接受波液位信号
拍频波
距离无干扰的储存条件
图5 雷达液位计的工作原理
恒流量阀
吹洗流量计
吹洗压力计
过滤器减压阀
气源压力计
测量吹洗开关
（一流量…吹洗）
气源到PGT 来自PGT到变送器/指示器
图6 吹气式液位计的工作原理
图7 磁致伸缩液位计的工作原理
波导管
外管
浮子（随液位变化）
浮子磁场
浮子磁铁磁场
波导扭曲
（两个磁场相交）
询问脉冲磁场

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收稿日期：2006-02-21。