如何选择合适的液位计？

任务目标

知识目标

1.掌握液位计的分类。

2.掌握液位计的使用方法。

技能目标

1.掌握玻璃管液位计的读数方法。

2.掌握差压式液位计与磁翻板液位计的读数方法。

任务描述

本任务通过对液位计种类的介绍，掌握常见液位计如玻璃管液位计、差压式液位计与磁翻板液位计等的使用方法。

知识学习

1.差压（静压）式液位计

由于液柱的静压与液位成正比，因此利用压力表测量基准面上液柱的静压就可测得液位。根据被测介质的密度及液体测量范围计算出压力或压差范围，再选用量程、精确度等性能合适的压力表或差压表。

玻璃管液位计是利用连通器的原理来测量容器的液位。玻璃管液位计由玻璃管、针形阀和锁紧螺母等部件组成的。玻璃管两端用填料挤紧，由锁紧螺母固定在两个针形阀内。在上下针形阀内装有一个钢球，以便在玻璃管被意外损坏时堵住通道，阻止容器内的液体外流。低处的针形阀下设有堵头和排液阀，用来排放管中的液体或冲洗玻璃管。玻璃管长度一般不大于1m。如所测液面变化幅度很大时，可交叉设置几根。

图2-16 玻璃管液位计原理图

图2-17 玻璃管液位计

差压式液位计普及范围广，容易校准。差压式液位计的原理如图2-18所示，其外形如图2-19所示。

图2-18 差压式液位计原理图

a）差压式液位计（无迁移），Δp=p_A-p_B=Hρg（变送器的正取压口，液位零点在同一水平位置，不需零点迁移） b）差压式液位计（负迁移），Δp=Hρg-Δhρ₀g（变送器低于液位零点，且导压管内有隔离液或冷凝液，需零点负迁移） c）差压式液位计（正迁移），Δp=Hρg+hρg（变送器低于液位零点，需零点正迁移） d）法兰式液位计

1—容器 2—差压计 3—液位零面 4—法兰 5—毛细管

由于差压式液位计受介质密度和温度影响很大，所以其精度比较低，而为消除这些影响，需要很多其他测试仪表，最终搭建一套完整的静压测量系统价格很高。

2.磁性浮子液位计

磁性浮子液位计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，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。

磁性浮子液位计可以做到高密封，防泄漏，适用于高温、高压、耐腐蚀的场合，对高温、高压、有毒、有害、强腐蚀介质更显其优越性。

由于液位计与介质直接接触，浮球密封要求较严格，不能测量黏性介质，否则翻板容易卡死，造成无法远传指示；磁性材料如退磁易导致液位计不能正常工作。常用的磁性浮子液位计如图2-20所示，磁性翻板液位计如图2-21所示。

图2-19 差压式液位计和法兰式压力（差压）变送器

图2-20 磁性浮子式液位计

1—指示翻板 2—磁性浮子 3—连通容器

3.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，声波经物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物体的距离。

超声波液位计无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，且不受液体的黏度、密度等影响。另外，其精度比较低，测试容易有盲区，不可以测量压力容器，不能测量易挥发性介质。超声波液位计如图2-22a所示。

4.电容式液位计

电容式液位计是通过测量电容的变化来测量液面高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，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ε₁和液面上空气的介电常数ε₂不同，ε₁≫ε₂，则当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大，因而电容量增大；反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。所以，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有ε₁和ε₂的恒定才能保证液位测量准确，因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。电容式液位计如图2-22b所示。(www.xing528.com)

图2-21 磁性翻板液位计

图2-22 超声波液位计及电容式液位计

a）超声波液位计 b）电容式液位计

电容式液位计的传感器无机械可动部分，结构简单、可靠，精确度高；检测端消耗电能小，动态响应快；维护方便，寿命长；被测介质需为电导率不低于10^-3S/m的非结晶导电液体。

被测液体的介电常数不稳定会引起误差。电容式液位计一般用于调节池、清水池测量（液化气是否会对测量造成影响未知待确定）。

5.电磁波雷达液位计（导波雷达液位计）

雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式进行测量。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。关系式为：D=cT/2，D为雷达液位计到液面的距离；c为光速；T为电磁波运行时间。电磁波雷达液位计的原理如图2-23所示，其外形如图2-24所示。

图2-23 电磁波雷达液位计原理图

图2-24 电磁波雷达液位计

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，从而得出液面的液位。

电磁波雷达液位计具有不需要传输媒介，不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点，能用于挥发介质的液位测量；采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响；价格昂贵，仪表需要设置的参数较多，一旦出现问题，通常很难查出原因。如果天线本身不慎沾上介质会报错。如有结晶结冰现象也会报错，需加热保温处理，并清理天线。最初安装需要是空仓，即测量空料位。

图2-25 钢带浮子式液位计

图2-26 电感式液位计

a）电感式液位计的原理 b）电感式液位变送器

1—连通管 2—容器 3—绝缘支架 4—铁心 5—线圈

6.磁致伸缩式液位计

磁致伸缩式液位计的探棒上端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杆上下移动，浮子内有磁铁，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精确变化。

7.其他形式液位计

除上述介绍的液位计外还有钢带浮子式液位计、电感式液位计和远程液位监测装置，如图2-25～图2-27所示。

任务实施

图2-27 远程液位监测装置

1）老师介绍各种液位计及其原理、特点。

2）学生采用“拼图教学法”分组讨论不同液位计及其读数方法。

3）学生采用“拼图教学法”展示讨论结果。

4）对学习结果进行评价。

任务评价

任务评价见表2-4。

表2-4 任务评价