选择液位传感器
测量容器中液体或固体物质的量是过程仪表的最基本元素之一，可以追溯到远古时代。虽然我们通常谈论的是测量水箱中的液位，但在大多数情况下，实际需要的信息是体积。需要自行进行水平测量的情况要少见得多。
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测量容器中液体或固体物质的量是过程仪表的最基本元素之一，可以追溯到远古时代。虽然我们通常谈论的是测量水箱中的液位，但在大多数情况下，实际需要的信息是体积。需要自行进行水平测量的情况要少见得多。与流量一样，液位测量技术也多种多样，使用多种技术。出于本文的目的，我们将只研究那些适用于电子数据收集和通常有多个制造商的技术。这不是一个详尽的讨论。
选择液位传感器首先要在应用限制条件下定义特定的过程需要。液位测量可以是连续的，也可以是点电平(离散的)。也就是说，它们要么表明油箱中的液位，要么表明液位高于或低于某一特定点。如果你需要100加仑的液体从一个给定的容器，它可能足以知道测量大于100加仑，但多多少不是一个问题。类似地，如果在水箱被抽干之前水位低于特定点，或者在溢流之前设置高位警报，您可能需要一个警报。
从分析开始
选择一种测量方法应该从分析过程和你需要的信息开始:
内容是什么?测量固体有特殊的挑战，因为粉末和颗粒产品并不总是沉淀。它们可以覆盖内部表面或在出口附近造成“老鼠洞”。根据技术的不同，这些可能会导致不可靠的读数。性能良好的液体更容易处理，但是泥浆和固体含量也会导致液体的沉降问题。此外，泡沫，湍流，甚至灰尘可以欺骗反射测量，和介电特性可以影响电容传感器。
测量有多精确?这通常只影响连续测量，但根据容器的大小，非常精确的测量是可能的(
有可能接触到内容吗?许多方法都涉及到进入容器并与内容物接触。其他的则不需要这样做。
| 选择测量储罐内容物的最佳技术首先要了解您的工艺需求。 |
有可能穿透罐壁或进入罐内吗?有些方法根本不需要穿透储罐。如果内容物非常敏感，或者如果储罐处于高压下，储罐穿透可能是一个问题。如果情况要求在现有的储罐上增加测量能力，而没有合适的端口或端口，则可能需要进行修改。
你对内部尺寸知道多少?如果体积是最终目标，所有内部尺寸必须充分量化，扣除挡板，桨，热交换器元件等。精确的水准仪读数不能校正不精确的尺寸。
选择一种技术
最简单和最可靠的方法之一来确定一个容器的内容是称重。这是给出实际质量读数的唯一方法，它不依赖于知道坦克的内部尺寸。放置在罐脚下的测压元件可以在扣除空重量后确定其内容物。这适用于任何类型的内容物，如果没有管道或其他连接的干扰，该方法可以非常精确。总体尺寸有实际的限制，但不要忽视这个明显的方法。
如果这不是一个实际的解决方案，那么所有其他的解决方案就会变得更加复杂，并且适用性取决于需求的组合。
在选择液位传感技术时，最大的区分因素是液位。为了讨论的目的，我们把液体定义为一种物质，它会沉降到一个均匀的水平并流过管道。固体可能会在一定程度上流动，但不一定会形成均匀的表面，也可能不会从壁上排出。非常粘稠或含有大量固体的液体可能表现得更像固体。
以下是关卡技术的概要。将其与侧栏中建议的应用程序方法进行比较。请记住，连续方法可用于执行点水平函数，多个点水平测量可以有效地提供有用的(尽管有些粗糙)连续数据。应用程序列表和技术概述都不是详尽无遗的。并非每个应用程序都有提到的方法，每个通用语句都存在有意义的异常。
机电解决方案
这些方法都有某种类型的移动部件作为共同元素，要么是停留在表面上的浮动，要么是必须在内容中移动的设备。
浮动-在液体表面使用浮子是一种简单可靠的测量液体液位的方法，只要内容物中没有妨碍自由运动的物质。有许多阀门，开关和编码器由浮子激活，可以提供点电平或在一个狭窄的范围内连续读数。
一些最复杂的连续测量浮子设计使用磁致伸缩传感技术。这个浮体是甜甜圈形状的，位于管状波导的外侧。波导可以很长，长达50英尺(15米)，因此它们可以在非常大的水箱中工作。浮子包含一个永磁体，该永磁体可以中断沿着波导发送的电脉冲。该设备通常能够以极高的精度和可重复性测量出断裂点
“磁致伸缩技术非常适合无线通信，”阿美特克自动化与过程技术市场开发部Mike Geis说。“对脉冲的响应是即时的，所以电流消耗是最小的。”
波导可以支持两个浮子，这使得磁致伸缩测量成为少数能够用一个设备连续测量液体层(例如，水上面的油)的技术之一。Geis补充道:“只要比重相差至少0.1，我们就可以设计定制的浮子来测量多种液体。”
振动与桨轮-这两种点级方法的相似之处在于，它们都插入一个移动到内容物中的探针。振动探针将类似音叉的东西插入材料中，通过压电晶体使材料处于连续振动状态。如果探头没有埋在内容物中，它可以自由振动。如果它被浸入水中，它将不能正常振动，而该机构可以识别并发出相应的信号。
类似地，桨轮使用与小型电机相连的轴上的电动桨叶或旗形鳍。如果浸入固体产品中，设备不能转动并发出信号。当内容物被排干时，它可以旋转。这两种方法都是侵入性的，容易受到内容的破坏。
压力就像质量测量(称重罐)一样，压力和差压法通过测量罐底(或压力表所在的任何地方)的压力头来确定液位。如果储罐被排到大气中，一个简单的压力表就足够了。但是，如果储罐是封闭的，可以加压或减压，底部和顶部开放空间之间的压差读数将自我补偿内部压力和大气压力之间的任何差异。这种方法很有效，但它增加了管道。
电反射
超声波和雷达技术是有用的，因为它们在各种各样的应用中工作，不需要产品接触。虽然他们确实需要一个访问点到坦克(除了穿墙点测量)，它是在顶部。这两种技术都有能力看穿不同类型的内部障碍物，但都有自己的局限性。
超声波-这项技术可以以多种方式使用，这使得它非常通用。一个声音脉冲被送入水箱，传感器检测回声返回的时间。在考虑湿度和温度的情况下，可以计算到地表的距离。超声波测量在灰尘和泡沫方面有一些问题，但这因应用而异。与雷达相比，它也具有相对有限的温度和压力范围。
另一种不同类型的超声波传感器可以安装在血管壁上，无需穿透即可读取点液位。声波脉冲和回声可以确定墙的另一侧是否有固体或液体物质。在某些情况下，它可以区分超过其水平的填充和仅仅是粘性物质的涂层。这种方法在无法进行电容测量，且产品无法接触甚至无法穿透储罐的情况下特别有用。
雷达这项技术已经出现了超过25年，但随着其性能的提高和成本的下降，最近越来越受欢迎。在过去，它们昂贵的价格、大尺寸和高功耗使雷达传感器只能在最关键的应用中使用，但现在它们被用于越来越多的情况。雷达与超声波类似，但限制更少，而且通常更精确:微波脉冲有更好的穿透泡沫和灰尘的能力，压力和温度方面的问题更少。
雷达传感器可以配置为非接触式应用，或与波导延伸到内容。非接触式设计更常见，但导波结构有助于液体具有非常低的介电常数并且不能很好地反射微波信号的情况。Magnetrol公司的雷达产品经理博伊斯·卡塞拉(Boyce Carsella)说:“导波设计中有一个探头，可以将能量传递到液体并返回。”“如果产品接触不成问题，返回信号强度会高得多。”
雷达传感器在有高内部压力、高温、雾、蒸汽、湍流和其他有问题的条件的反应堆中特别有用。“最大的问题是泡沫，”卡塞拉说。“我们要问的问题是，液体的介电常数是多少，气泡的大小或密度是多少，泡沫层有多厚?”他建议，导波设计能够更好地穿透厚重的泡沫层。
雷达传感器的各种天线配置使您可以根据内部空间和液体特性选择最佳方法。此外，不同的频率提供了特定的能力，以适应困难的情况和液体性质。
电子探针
当一个点的水平测量是足够的，产品接触是允许的，电容和电导率探头提供简单和可靠的解决方案。
电导探针是简单的，并提供点液位读数与导电液体。它们通常安装在两个或更多的集群中，以测量高电平和低电平。如果液体不导电，则必须使用另一种方法。
电容探针测定由于带有多个电极的探头周围电容变化而产生的固体或液体含量。将射频电流馈送到电极中，可以根据接触物质的介电值测量变化。有些设计可以确定产品的介电值，这意味着它们可以区分不同的内容。例如，浸在油中的探针与浸在水中的探针的读数不同。这在处理容器中可能有不止一种产品的情况时很有帮助。
一些电容传感器可以通过非金属罐的壁读取，允许它在没有穿透或产品接触的情况下读取点液位。传感器可以平装在罐壁上，也可以缠绕在非金属管道上。如果水箱是金属的，传感器可以放置在视镜上或由塑料管制成的水箱上。图尔克仪器仪表集团的产品经理Roger Saba说:“电容式传感器在许多固体上工作得很好。“有一些奇怪的材料，比如氯化洗涤剂，可以涂在水箱内壁上，改变塑料的特性。一些电容式传感器会锁定并给出错误的读数，但更复杂的设备可以看穿这一点。”
热探测器插入罐内。他们使用一个小的加热元件来加热尖端并测量温度的升高。如果探头周围没有液体，则温度升高会比较大。然而，如果有液体，热量就会消散，探针就不会那么热了。
光束传感器寻找光发射器和接收器之间的障碍物。固体或液体的存在阻挡或驱散光束，表明它的存在。这项技术取决于产品的漏光和不遮挡光线的能力，显示误报。
核(辐射)传感器
虽然这是一个非常有效的解决方案，但其费用和专门要求通常使核传感器成为最后的技术手段。方法很简单:在水箱的一侧放置一个发射伽马射线的放射源。传感器，类似于盖革计数器，安装在对面的点水平读数。储罐内的固体或液体以可预测的方式吸收伽马射线，从而使电子设备能够确定其水平。测量的精确度取决于传感器的数量，因此通常用于高限值和低限值。
辐射传感器不需要任何产品内容，甚至不需要穿透储罐，因此这种方法对于高压/高温应用，有价值的产品以及无法修改现有设备的应用非常有价值。然而，要有一个能够穿透典型不锈钢储罐的放射源，需要对操作人员进行专门的许可和培训，因此这种方法需要仔细考虑。
持续的发展
像大多数类型的过程仪表一样，液位传感器供应商正在寻找更有效的方法来使用电力并减少电力消耗。在这方面，有些方法比其他方法更好。低功耗通常使传感器与无线发射器的接口更实用，并提高了在危险区域的能力。大多数可以间歇性地触发，但在此过程中快速响应和不使用大量电力的能力差异很大。例如，使用磁致伸缩技术的传感器比桨轮或热方法具有更大的适应潜力。当然，电力消耗只是问题的一个方面。在检查应用程序时，仍然适用所有其他性能权衡考虑。
| 作者信息 |
| Peter Welander是过程工业编辑。打电话给他。PWelander@cfemedia.com． |
将应用与技术相匹配
下面是四种类型的应用程序，每种应用程序都有建议的技术方法。
液体点液位:
电容,
导电液位探头;
浮动,
热,
光束。
液体连续:
的压力,
浮动,
核,
超声波,
雷达。
固体点水平:
电容,
振动,
桨轮，及
光束。
固体连续:
核,
超声波,
雷达。
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