在工业生产过程中，及时获知部分容器内的物料高度是十分重要的，而进行该类物位高度测量的监测仪表就被称为物位计。物位与温度、压力和流量一起统称为工业生产过程中的四大测量参数。物位计是工业自动化生产过程中的一类重要监测仪表，关系着生产过程的安全和质量。

 

在实际的生产活动中，物位可以按照被测量介质的物理状态的不同来进行分类：粉状、颗粒状等固态介质的高度被称为料位，液态介质的高度被称为液位，两种互不相溶、有分界面的固态或液态介质的高度被称为相界面，对应的物位计分别被称为料位计、液位计、相界面计。

 

近年来，随着工业生产向自动化、大规模方向的持续发展，工艺流程的曰趋复杂，需要使用仪器仪表进行检测和控制的场景也越来越多，对液位计的适用工况、测量精度、响应速度等也提出了更高的要求。此外，随着微电子技术的飞速发展，液位计的机电一体化趋势更加明显，并在不断向自动化、智能化方向发展。

 

１，２．２液位计分类及应用

随着工业生产的不断发展，出现了越来越多的测量需要，旧式的液位测量仪表的缺陷逐渐显露，市场上随之出现了多种液位测量仪表。可以按照液位测量仪表的测量方式不同，对其进行划分。不同液位计的性能比较如下表所示。��

（１）连通器式液位计；

连通器式液位计是指采用连通器原理来进行测量的液位计。该类液位计通常采用玻璃管材质以便于读取液位。连通器式液位计的优点是：结构简单，价格低，测量直观，适合于工业生产现场使用。不足之处是：需要人工读数，测量精度低；在人工读取液位时往往需要等待连通器内液位平稳，致使测量耗时长、实时性差；连通器内表面容易因沾染污物而导致读取液位困难，不适用于复杂液位测量场合或自动化程度较高的工程项目；玻璃材质较为脆弱，容易发生破损。

（２）浮力式液位计；

浮力式液位计是指根据浮标所受浮力来进行测量的液位计。该类液位计通常由浮标（或浮球、浮筒等）、传感器和变送器组成。当液位变化时，浮标的位置或受到的浮力会发生变化，继而被传感器检测，实现液位测量。浮力式液位计的

 

优点是：结构简单，价格较低。不足之处是：在部分生产活动中，液位的波动范围可能较大，测量精度会受到影响。并且由于浮力式液位计为接触式测量，有活动部件，因此维护量较大，对被测介质类型有一定限制，如粘度较低、液体内杂质较少、腐蚀性较小等。

 

根据浮标所受的浮力是否变化，即浮标的位置是否固定，可以分为恒浮力式液位计和变浮力式液位计［１｜］。

 

恒浮力式液位计：该类型液位计的浮标漂浮在液面上，浮标可以在较大的范围内跟随待测液位的起伏而产生位移变化，继而通过传感器实现液位测量，该类液位计的特点是结构简单、价格较低，适用范围广［１２１。变浮力式液位计（又称浮筒式液位计）：该类型液位计的浮标较大且与弹簧相连，浮标浸没的深度随着待测液位的起伏而产生变化，产生浮力变化，使仪表内的弹簧发生形变，继而通过传感器实现液位测量，该类液位计可以实现信号远传和自动调节［１２，１３］。

（３）差压式液位计；

差压式液位计是指利用液体的压力差来进行测量的液位计。该类液位计通常设置有两个取压口：气相取压口和液相取压口。由于气相介质密度较低，在气相取压口至液位处的压力差可以忽略不计，所以两个取压口的压力差即可以使为液面到液相取压口之间液体所产生的静压力。继而根据液体的压力和高度关系，即可计算出待测液位。差压式液位计的优点是结构简单，技术成熟可靠，可以实现远传和自动调节，适用于大部分常温常压的工况，在工业上得到了广泛的应用。不足之处是：差压式液位计是先测量压力再将其转化为液位，所以测量精度必然会受到容器内大气温度和压力、容器内介质密度等的影响，精度较低，需要配套多种测试仪表进行相关的密度补偿，导致测量成本升高［１２１；对于一些需要大量程和远传的测量场合，差压式液位计的引压管安装较为复杂，压力管过长会在传输过程中增大误差；当容器内有大量的蒸汽时，蒸汽容易在气相取压口处冷凝成液体，造成取压异常，从而产生极大的测量误差，因此需要在气相取压口处安装储液罐并定期人工清理储液罐，维护量较大，等等［１４］。差压式液位计为接触式测量，对被测介质类型有一定限制，如粘度较低、腐蚀性较小等。

（４）伺服式液位计；

伺服式液位计是指采用浮力平衡原理来进行测量的液位计。该类液位计通常采用伺服电机驱动浮子上下移动，构成一个闭环反馈系统，通过调节伺服电机使系统力矩平衡，使浮子在液面处受力平衡，随液位变化而升降，继而通过传感器实现液位测量。伺服式液位计的优点是：测量精度高（可达ｌｍｍ），可靠性高，性价比高，安装改造维护方便，可以实现挂料补偿，可以实现远传控制，并可测量两种介质（如油和水）的分界面，在测量储罐液位，尤其是测量油田的采油厂的油水界面中得到了广泛的应用［１５，１６］。不足之处是：长期使用后机械活动部件会发生磨损，产生较大的测量误差。

（５）电容式液位计；

电容式液位计是指采用电容感应原理来进行测量的液位计。该类液位计内电容的两极通常设为液位计金属杆和容器壁，当液位变化时，金属杆电极浸润的高度发生变化，引起两电极间电容量的变化，继而通过传感器实现液位测量。电容式液位计的优点是：在原理上与温度、湿度、压力等因素无关，可用于高温高压工况的液位测量，具有较好的抗干扰性和可靠性，安装简单，成本低，可以用于粉状、颗粒状固体物料的测量，可以用于腐蚀性液体的测量，可以实现远传。不足之处是：无法测量介电常数较低的液体，且如果被测介质和液面上方气相介质的介电常数不稳定会影响测量精度［１７，１８］。

（６）磁致伸缩式液位计；

磁致伸缩式液位计是指采用磁致伸缩效应来进行测量的液位计。该类液位计通常由表头、探测杆和内部装有磁环的浮子组成，浮子跟随待测液位的起伏而升降。液位计表头部分发射的脉冲电流会沿探测杆形成一个磁场，和浮子产生的磁场产生的磁场相互作用生成一个返回脉冲，通过测量发射脉冲电流和返回脉冲的时间间隔，即可计算待测液位。该类型液位计的优点是：耐高温高压，可靠性高，安装方便，便于安装和维护，可用于两种不同液体之间的界面测量，且有较高的测量精度（可达土〇．５＿）。不足之处是：不适用于强电磁辐射工况；不适用于对高粘度或高腐蚀性的介质进行测量［１９］。

（７）超声波式液位计；

超声波液位计是指采用超声波回波测距原理来进行测量的液位计。该类液位计通过测量发射波和反射回波之间的时间差来计算待测液位。超声波式液位计的优点是：精度较高，响应速度快，为非接触式测量，安装维护方便。不足之处是：超声波属于机械波，传播介质的温度、压力、气流、蒸汽和泡沫等均会对信号产生较大的影响；不适用于测量易挥发性介质在密闭的环境中会发生多次反射，影响测量结果，因此不适用于复杂恶劣工况［２Ｇ］。

（８）雷达式液位计；

雷达液位计是指采用电磁波回波测距原理来进行测量的液位计。该类液位计的表头部分发出高频电磁波，经过液面的反射后产生回波被表头接收，通过测量发射波和反射回波之间的时间差即可计算液位。传播介质的温度、压力、气流和蒸汽等对电磁波信号的影响较小。雷达式液位计的优点是：测量精度高，响应速度快，可靠性高，安装维护方便，受空气介质影响极小，适用于高温高压等多种复杂工况［２Ｇ，２１：Ｉ。不足之处是：价格较高。

 

根据雷达液位计发射电磁波的模式，可以将其分为两类。脉冲波式雷达液位计：该类型的液位计周期性发射固定频率的电磁波脉冲，可以直接分析发射波和反射回波的时间差，计算液位。发射的电磁波的频率越高，测量精度也越高（量程在５ｍ内精度可达土５＿，量程在５ｍ外精度可达±０．１％）。常见的雷达式液位计均采用脉冲波式。

 

调频连续波式雷达液位计：该类型的液位计持续发射调制频率的电磁波

（FｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ，ＦＭＣＷ），电磁波的频率是持续变化的，按照调频方式有三角波、锯齿波等，通过分析反射波和反射回波的频率差来计算时间差，进而计算液位［２２］。该类型液位计的特点是：测量精度高（可达±０．１％），抗干扰能力强，但结构较为复杂，功耗和成本也更高，应用较少。根据雷达液位计的结构，可以将其分为两类。天线式雷达液位计：该类型的液位计发射的电磁波在气相介质中进行传播，为非接触式测量。天线式雷达液位计的优点是：安装维护方便。不足之处是：电磁波在密闭罐体环境中会产生多次反射，产生干扰回波影响测量精度；当被测介质介电常数较小（相对介电常数小于４．０）时会影响回波的强度，因此也不适用于介电常数较小的介质的液位测量。

 

导波雷达液位计：该类型的液位计发射的电磁波由导波杆进行传播，为接触式测量。导波雷达液位计的优点是：电磁波在导波杆中传播，改善了天线式雷达液位计能量损耗较大的情况，回波信号质量高，测量结果可靠性更高，适用于高温高温等恶劣工况下的测量，适用于介电常数较小的介质的液位测量（相对介电常数可低至１．２）。不足之处是：对于需要较大量程的工况，导波杆过长会导致安装和维护不便；导波杆在粘稠液体中容易发生挂料，影响测量精度。