在容器或工业设备中液体介质的高度叫液位；固体粉末或颗粒状物质的堆积高度叫料位；液体－液体或液体－固体的分界面叫界面。液位、料位和界面的测量统称为物位测量。液位，料位和界面的测量仪表分别称为液位计，料位计和界面计，统称为物位计。 3.1物位检测仪表的分类动态沙盘
物位测量的目的在于正确地知道容器或工业设备中所储藏物质的容量或质量。
为了满足生产过程中各种条件和要求，测量物位的仪表种类很多。而且随着科技的进步，还会不断产生新的检测方法和检测仪表。
按工作原理的不同，物位仪表主要有以下几种类型：
（1）直读式物位仪表。利用连通管原理制成。这类仪表中主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等。
（2）浮力式物位仪表。应用浮力原理制成。液位测量仪表是对漂浮在液体上的浮子高度的测量或对浸没在液体中的浮子所受浮力的测量。前者称为恒浮力法，后者称为变浮力法。
（3）差压式物位仪表。它是利用物位的变化对某定点所产生的压力也发生变化的原理进行物位测量。可以分为静压力式物位仪表和差压式物位仪表两种。
（4）电磁式物位仪表。将物位的变化转换成电量的变化，通过测量这些电量的变化来测知物位。
（5）核辐射式物位仪表。核辐射线透过物料时，其强度会随着介质层厚度而变化，利用这一特性实现物位的测量。
（6）声波式物位仪表。物位的变化会引起声阻抗的变化，因此声波的遮断和声波反射距离也会不同，测出这些变化就可以测知物位。
（7）光学式物位仪表。利用物位对光波的遮断和反射原理工作的物位仪表。
3.2 浮力式液位计
浮力式液位计是利用浮力原理测量液位的，根据浮子所受浮力的不同又分为恒浮力式液位计和变浮力式液位计两种。
1.恒浮力式液位计
恒浮力式液位计是利用被测介质
对浮子的浮力不随液位的变化而变化
的原理工作的。
根据恒浮力的原理，结合生产的
不同需要，有浮球液位计，磁浮子液
位计及浮子钢带液位计等。 浮球液位计有内浮式和外浮式之分。内浮式是将浮球直接安装于容器
内部，而外浮式是在容器外安装一个与容器连通的浮球室进行测量。如图1
所示。
1－浮球 2－连杆 3－转动轴 4－平衡重物 5－杠杆图1 浮球式液位计
浮球是一个空心球，测量时浮球的一半浸没在被测液体中，系统满足力矩平衡。当液位升高时，浮球被浸没的体积增加，所受的浮力增加，破坏了原有的力矩平衡状态，杠杆5作顺时针方向转动，使浮球位置抬高，直到浮球一半浸没在液体中，实现了新的力矩平衡。在转动轴的外侧安装一个指针，便可以从输出的角位移知道液位的高低，也可利用其它方法将此位移转换为标准信号或接点信号输出，从而构成浮球液位计或浮球液位开关。 浮球液位计结构简单，测量范围较窄。
仪表基础知识
浮筒式液位计是一种应用变浮力原理测量液位的典型仪表。它的测量部件就是浮筒，浮筒的直径完全取决于仪表的介质的浮力。常用结构又分为位移平衡式和力平衡式两种。这里
主要介绍位移平衡式浮筒液位计。
1－浮筒 2－杠杆 3－扭力管 4－芯轴 5－外壳 图2 扭力管式浮筒液位计
测量部分示意图
由位移平衡式浮筒液位计的测量部分示意图2可知，
当液位处于浮筒下端时，浮筒的全部质量作用在杠杆上，
经杠杆作用使扭力管上的扭力矩最大，从而使扭力管产生
了最大的扭角（约为7º）。
当液体浸没整个浮筒时，液体对浮筒产生的浮力最大，
作用在杠杆上的力最小，经杠杆作用使扭力管上的扭力矩
最小，扭力管产生的扭角最小（约为2º）。
由此可以得知：当液位变化时，扭力管的扭角会发生
相应的变化。因此，测量扭力管扭角的变化，就能测量液
位的变化。 浮筒式液位计就是利用以上原理测量液位的。它将扭力管的扭角变化转换为气动或电动标准信号输出。 3.浮筒式液位计的校验 从浮筒液位计测量原理可知，当液位变化时作用在杠
杆上的力是会发生相应变化的，因此，校验浮筒式液位计时，常采用灌液法或挂重法。
在检修期间或在维修室常可采用挂重法。挂重法就是用挂在杠杆处的砝码变化表示在测量过程中浮筒由于液位升降而产生的浮力变化。
-挂重法校验的步骤：
（1） 取下浮筒，称其重量G 1。
（2） 决定液位的起始点，中间点和满度点，即液位的高度H。
（3） 决定液位起始点，中间点和满度点时的浮力F。
ρπ××=H D F 42
（1）
式中，D—浮筒的平均直径；
ρ—被测介质的密度。
（4） 通过计算G＝G 1-F就可以得出液位起始点、中间点和满度点时杠杆的挂重G，及对应
的电动或气动的标准信号。
（5） 在杠杆的挂钩处逐一挂上计算所得的G 0，G 50，和G 100，看浮筒液位计的输出是否符
合精度要求。如误差大，则可以调整浮筒液位计的量程和零点，直到符合精度要求。
-灌液法校验浮筒液位计
浮筒液位计在安装现场常常是采用灌液法校验。由于在现场校验时常用水代替介质，因此必须作修正。
-灌液法校验的步骤：
（1）关闭液位计的引压阀，打开放空和排污阀，卸去浮筒室内的压力和介质。
（2）从液位计底部连接一透明塑料管，并与浮筒液位计并排放置。
（3）浮筒液位计的零位确认。无线发射电路
缓慢地从塑料管中注入水，注意观察仪表的输出，当仪表的输出有一微小增加时，此时塑料管内液柱的高度即为实际零位。反复数次，以确认其真实性。
tek-081（4）根据介质和水的密度，计算出50％、100％时灌水的高度。
（5）在塑料管上做好0％、50％、100％的标志。
（6）从塑料管上部缓慢灌入水，到达0％、50％、100％的标志点，看浮筒液位计的输出是否符合精度要求。如误差大，则可以反复调整浮筒液位计的量程和零点。直至达到仪表的精度要求。
灌水法校验方法简便，较适用于安装现场不拆卸浮筒液位变送器时的调校。但是该方法校验精度较低，尤其是当零位确认不准或浮筒粘有污物时，更加难以保证校验的精度。
3.3差压式液位计
1.工作原理
差压式液位计是利用密闭容器内的液位高度改变时，液柱对某定点产生的静压也发生相应变化的原理而工作的。
由差压计原理图3-3可知，当差压计的一端接液相另
一端接气相时，根据流体静力学原理可知：
图3 差压式液位计原理图 P A =P 0+Hρg （2）
式中，P A，P 0—分别是A处和容器内气相压力
H—液位高度
ρ—介质密度 g—重力加速度
由于P B =P ０，这样，差压计两端的压差
△P=P A -P B =Hρg （3）
通常，被测介质的密度是已知的，因此差压计两端的压差与液体的高度成正比。测量压差就可以得知容器内液位的高度。
对于受压密封容器，由于气相压力为P 0，为平衡气相压力P 0的静压作用，需要用差压计测量液位，其负压端接容器的气相；当气相压力为大气压的敞口容器，差压计的负相直接接大气即可，这时也可以用压力计直接测量液位的高低。
2.零点迁移
用差压变送器测量容器内的液位时，由于安装位置不同，常常会存在零点迁移问题。
（1）无迁移
如图4（a）所示，当变送器的安装高度与容器下部的取压位置在同一高度，而且被测介质的气相部分不会冷凝时，差压变送
器两端的压差△P=Hρg。这就是无迁
移。 （2）正、负迁移 当差压变送器测量液位如图4（b）
所示，为防止被测介质遇冷在负导压管
产生凝液，或被测介质的液体或气体进入负导压管会产生堵塞或腐蚀。常常在
负导压管的顶部安装有隔离罐，并使隔离罐和负导压管内充满某种与被测介质不混合的液体，这样就可以保证在变送器的负压室液柱高度的恒定。一般把这种灌入的液体称为隔离液。
(a)无迁移
(b)迁移图4 差压变送器测量液位时的安装 当差压变送器安装在容器的下部时，正导压管内会有被测介质流入形成一个固定的液柱。这样正、负压室的压力分别为：
P + ＝ h 1ρg+Hρg+P 0
P - = h 2ρ1g+P 0
正负压室间的差压为：
△P = P +-P - = Hρg+h 1ρg-h 2ρ1g （4）
式中，△P—变送器正、负压室的压差
H—被测液位的高度
ｈ1—变送器正压室到容器缶底的高度
ｈ2—负压室隔离缶液面到变送器的高度
从式（3）和式（4）相比较，当差压变送器的安装位置改变后，正、负压室两端的压差较无迁移时多了（h 1ρg-h 2ρ1g）项，我们把作用在负压室的由灌装的隔离液所引起的使仪表零点向负方向移动的
固定压力，称作负迁移量；作用在正压室的，由于变送器低于容器底部，而由被测介质液柱产生的使仪表零点向正方向移动的附加压力，称作正迁移。在正常测量中，正、负迁移都应当是常量，这样正负压室两端的压差就只与液位高度H成正比。
当H＝0时，作用在正、负压室两端的压差就是h 1ρg-h 2ρ1g，当h 1ρg＞h 2ρ1g时，差压变送器的输出大于4mA，此时，称为带正迁移量差压发送器；当h 1ρg＜h 2ρ1g时，差压变送器的输出小于4mA，此时，称为带负迁移量差压变送器。
一般是在差压变送器上加一弹簧装置，以抵消固定差压h 1ρg-h 2ρ2g的作用，我们称这种方法为“迁移”，用来进行迁移的弹簧称为迁移弹簧。
迁移弹簧的作用，其实质是改变变送器的零点，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。
迁移不仅改变了零点位置同时也改变了测量范
围的上下限，相当于测量范围的平移，但是它不改变
量程大小。例如：某差压变送器测量液位时，测量范
围为0～5000Pa，对应的变送器输出为4～20mA，这是无迁移的情况。如图5中曲线a所示。当该变送器
安装时存在负迁移h 1ρg=2000Pa时，H＝0时，变送器两端的固定差压为△P＝-2000Pa，调整迁移弹簧使输
出为4mA；当液面为最高时，变送器两端压差△P＝
（5000-2000）Pa＝3000Pa，也就是说△P从-2000Pa
变化到3000Pa变送器输出从4mA变化到20mA，维持了
原来的量程，只是向负方向迁移了一个固定的压差，如图5曲线b所示。正迁移的情况与负迁移的情况一样，只是在变送器的两端产生了一个固定的正压差如2000Pa，使变送器的量程维持不变，只是向正方向迁移了一个固定的压差如图5的曲线c所示，其固定的差压为2000Pa。
图5 正负迁移示意图 需要特别提出注意的是：差压式变送器并非都带有迁移弹簧。
3.界面测量
在工业生产中将测量一个容器中二种不相溶液体的分界面称为界面测量。界面测量只是液面测量的一个特殊形式。在计算其测量范围时要尤其注意：测量的对象是二种液体的分界面高度；而不是某一种液位的高度；测量液体界面时，容器内可能会充满液体，也可能未充满液体；因为容器内是二种不相溶的液体，因此它的密度就不是单一的。
4.法兰式差压变送器
为了测量具有腐蚀性介质，含有结晶颗粒或者粘度大、易凝聚等液体的液位。现在专门生产了法兰式差压变送器。它的信号变送部分与差压变送器一样，只是使压差室的接液部分采用法兰直接与容器上的法兰相连接，如图6和图7所示。作为敏感元件的测量膜盒经毛细管与变送器的测量室相通。在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质。
奥沙利
当法兰式差压变送器测量液位时，膜盒与被测介质接触，当被测液位变化时，膜盒的敏感膜片上所受的压力也发生了变化，通过毛细管内的硅油将这个压力变化传递到变送器的变送部分，输出相应的信号。
法兰式差压变送器按其结构形式又分为单法兰及双法兰两种，法兰的构造又有平法兰和
插入式法兰两种。
1－挡板 2－喷嘴 3－杠杆 4－反馈波纹管
5－密封片 6－插入式法兰 7－负压室 8－测量波纹管 9－正压室 10－硅油 11－毛线管 12－密封环 13－膜片 14－平法兰 图
7 双法兰插入式差压变送器
1－挡板 2－喷嘴 3－弹簧 4－反馈波纹管 5－主杠杆 6－密封片 7－壳体
8－连杆 9－插入筒 10－膜盒
图6 单法兰插入式差压变送器
4. 雷达式物位计
雷达式物位计作为一种非接触式的高精度物位仪表，目前已广泛应用于石油化工行业，尤其是大型储罐的物位测量。雷达式物位计是采用微波技术的物位检测仪表。
雷达式液位计的基本原理如图8所示．雷达式物位计采用
高频振荡器作为微波发生器，发生器产生的微波用波导管将它
当铺网
引到辐射天线，并向下射出。当微波遇到障碍物，例如液体的液位时，部分被吸收，部分被反射回来，被同一天线接收。雷
达波由天线发出到接收到由被测面来的反射波的时间t 由下式确定：
图8 雷达式物位计示意图
c H t 02= （5）
式中，t——雷达波由发射到接收的时间差
H 0——天线到被测介质液面间的距离 C ——电磁波传播速度，300000km/s
人造脂肪
由于 H=L-H 0
因此 t c L H 2
−= （6）
式中，H——物位高度
L——天线距罐底高度
由式 (6)可以看出，只要测得时间t， 就可以计算出物位的高度H。
由于电磁波的传播速度很快，因此要精确地测量雷达波的往返时间是比较困难的。目前雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法(PTFO)和连续波调频法(FMCW)两种。图3-10是微波脉冲法的原理示意图。
微波脉冲法通常采用合成脉冲波的方法，即测量系统以固定的带宽发射出某一固定频率（即载波频率）的脉冲，在介质表面反射后由接收器接收，然后对发射波和反射波进行合成，得到合成脉冲雷达波，通过测量发射波和反射波的频率差，来间接计算脉冲波的往返时间t，这样就可以计算出被测的物位高度H。
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