物位檢測裝置原理

① 物位計的種類以及原理

探索物位計的世界：原理與應用

在工業生產中，物位計扮演著至關重要的角色，它們根據工作原理可分為多種類型，包括阻旋物位計、音叉物位計、超聲波物位計、射頻導納物位計和雷達物位計，每一種都有其獨特的特性和局限性。

1、阻旋物位計</

作為一款基礎型物位檢測設備，阻旋物位計，別名又叫阻旋料位開關，其工作原理基於葉片旋轉受阻。當物料上升，葉片旋轉被阻斷，引發微動開關動作，報告有料狀態。其優點在於結構簡單、抗干擾性強，但作為開關設備，無法測量距離，易磨損，需要定期維護。

2、音叉式物位計</

音叉物位控制器通過振動頻率變化來探測物料接觸，其壽命長且性能穩定。然而，音叉物位計同樣局限於開關操作，缺乏精確距離測量。

3、超聲波物位計</

超聲波物位計依賴於聲波反射測距，結構簡單，非接觸測量，但存在盲區和溫度影響誤差的問題。

4、射頻導納物位計</

射頻導納液位計利用導納變化來檢測液位，性價比高，但對介電常數變化敏感，安裝時需標定，精度有限。

5、雷達物位計</

雷達物位計，分為脈沖式和調頻連續波式，脈沖雷達具有高精度和抗干擾性，但可能需要定期清理結晶；調頻連續波雷達則提供高靈敏度和連續距離信息，如中科藍電的調頻雷達，體積小巧，維護方便。

每種物位計都有其適用場景，選擇時需權衡精度、可靠性、成本和維護需求。了解這些基本原理，可以幫助工程師在實際應用中做出明智的決策。

② 物位測量儀表的分類

將物位變化轉換為電參數（如電阻、電容、電感）的變化，再變成電信號輸出。這類儀表又分為電阻式、電容式和電感式三種。
①電阻式物位儀表利用物位變化時引起電極電阻變化的原理工作（圖3）。物位變化引起電阻逐漸變化的，可用於連續測量物位；只有當物位變化到接觸電極時才引起電阻突變的，可用來定點報警控制物位。電阻式物位儀表在工作時電極接觸被測介質（一般為導電液體），電極表面接觸狀況改變（如出現污垢、生銹、腐蝕等現象）會引起表面接觸電阻變化，從而產生測量誤差。使用時間越長，誤差就越大。因此，這種儀表雖然結構簡單，但應用范圍不廣，主要用作液位定點報警和控制，很少用於連續測量。
②電容式物位儀表物位變化時引起電極的電容量變化，利用這個原理構成的電容式物位計可以測量導電液和非導電液的液位、非導電顆粒狀固體的料位。兩同軸相互絕緣的導電金屬圓柱中間隔以不導電的介質，就構成電容器，其電容量為：
式中ε為介質介電系數，L為圓筒電極的高度, D和d分別為外電極內徑和內電極外徑。物位變化引起ε，L，D/d變化，從而引起電容量變化。測出這個變化值就可測出物位。根據這個道理,用各種不同形狀的電容測量頭,可構成多種電容式物位儀表(圖4)。現代電容式物位儀表採用安全防爆、隔爆的措施，應用范圍已擴大到一些化工、石油、輕工部門。電容式物位儀表是電測式物位儀表中應用最廣泛的一種。
③電感式物位儀表 利用物位變化時引起自感量、互感量或感應電流等的變化來測定物位，常用的有感應式高頻液位計或諧振式液位計。也可用帶導磁材料的浮子與電磁感應線圈製成液位信號報警器。採用電感式測量可實現完全不接觸測量。 超聲波在液體中傳播有較好的方向性，遇到分界面時能反射，因此通過測定超聲波從發射出去到反射回來的時間就能確定液面的高度。一般採用電激勵使壓電換能器（常用的有鋯鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛、鈦酸鋇等壓電換能器）發出聲波，從液面反射回來的聲脈沖經壓電換能器轉換為電脈沖，用計時電路測定超聲波在液體中來回經過的時間，根據超聲波在液體中的傳播速度即可算出液面高度。聲波的接受和發射可用同一個換能器，也可用兩個換能器。超聲式物位儀表根據聲波傳播的介質不同分為液介式、氣介式和固介式(圖5)。
利用超聲物位儀表進行測量的優點是檢測元件可以不與被測液體接觸，因而適合於強腐蝕性、高壓、有毒、高粘度液體液位的測量。此外它還不怕煙和光，不受電磁干擾，可測量各種液體的液位和粉粒狀固體料位，還可用於測量兩種液體界面、液位差、料位差等。固介式的測量方式能測沸騰介質的液位，允許液面波動傾側、如測量火箭、飛機、輪船燃料倉內的液位。液介式的測量方式應用十分普遍，海水深度測量就採用這種方法。
核輻射式物位儀表 利用物質（一定物位的液體或固體）對核輻射的吸收，使射線強度減弱的原理來測量物位。核輻射能穿透較厚的鋼板和其他固體，所以這類儀表可進行不接觸測量，對容器不必開孔，能在強光、濃煙、高壓、高溫等惡劣的工作條件下對高粘度、易爆、腐蝕性強的介質進行液位測量，這是其他類型的物位儀表不能與之相比的優點。但核輻射影響人體健康，需要採取現場勞動防護措施，這在一定程度上限制了核輻射物位儀表的推廣應用。
鋼帶浮子式液位計
直讀式鋼帶浮子式液位計，這是一種最簡單的液位計，一般只能就地顯示
浮筒式液位計：
浮筒式液位計屬於變浮力液位計，當被測液面位置變化時，浮筒浸沒體積變化，所受浮力也變化，通過測量浮力變化確定出液位的變化量。
液位高度變化與彈簧變形量成正比。彈簧變形量可用多種方法測量，既可就地指示，也可用變換器(如差動變壓器)變換成電信號進行遠傳控制。