如何选择最适合自己的液位检测技术？

可靠的测量数据对于当今工业自动化管理至关重要，而这在液位测量领域尤其如此。这是一种普遍共识：在工业应用中过程监控是非常重要的环节。但是，哪种测量方法或技术才最适合我的应用？

在这篇博文中，我们将深入了解了这个问题：比较不同的液位测量技术及趋势，评估液体、固体、糊状物、高粘物质和化学侵蚀性材料等不同介质的检测需求及难点。

液位测量所采用的技术类型取决于介质的类型、是否具有腐蚀性、是否需要单点液位测量或实时液位监控、容器尺寸以及操作环境（如高温）等因素。接下来，我们将一一进行分析。

ToF（“飞行时间”）激光式

通过飞行时间（“ToF”）方法进行的液位测量通过光从传感器传播到介质并返回所需的时间来测量介质与传感器的距离。液位的改变导致光的运行时间的改变，从而进行相应液位的测量和显示。

ToF激光液位测量的优点是，即使在具有高压和爆炸危险的特殊环境中，抑或是在灰尘和雾中，也能进行非常快速和准确地进行非接触式测量。

通过激光进行的ToF测量特别适用于块状物固体测量，因为测量是在不与介质接触的情况下进行的，因此与介质的特性无关。此外，ToF激光测量方法具有成本效益。

光电式

光学反射测量利用光在介质上的折射来检测液体的液位。折射是光线从一种材料传递到另一种材料时改变方向的现象。这是因为不同材料的光速不同。光学反射传感器由一个光发射器和一个测量反射光的光电探测器组成。当存在液体时，光被折射，因此只有一部分光被反射，从而导致电信号的相应变化。

这是一种需要与液体接触的侵入式检测方法，对于基础型的及高温高压下的液位检测来说，这种方法便捷有效。

但这种方式的缺点也很明显：它们的检测结果通常不是很精确，如果产品沾染污垢可能就无法正常工作。另外，光电传感器还会存在反射面以及介质波动等问题。

Kapazitiv

电容液位测量是一种测量容器中液体或固体介质（如沙子、塑料颗粒等）液位的方法，通过该方法测量测量棒（电极）和导电容器壁之间的电容。介质的电平越高，所形成的电容器的测量电容就越大。在非导电罐的情况下，也可以测量两个测量棒或测量棒和包层管之间的电容变化。

除了电平之外，电容测量还受到介质介电常数（DK值）的影响。因此，需要对相应介质进行校准，这可以在工厂通过调整程序或通过输入到测量系统的DK值来完成。

电容式液位测量是一种非常精确和可靠的方法。它经常用于工业中，特别是在需要精确液位测量和控制的应用中，如化学工业、食品工业、制药工业和特种机器制造。

超声波式

这些液位传感器发射超声波，根据反射波的时间和强度，可以测量传感器和液体之间的距离。这是一种精确、非接触式的方法，不受被测材料的影响。

然而，通过超声波进行液位测量是复杂且昂贵的，并且无法实现在有泡沫的液体和复杂的几何形状的容器中的稳定测量，另外在真空罐中也无法使用这种检测方式。

由于飞行时间的测量原理，容器的顶部需要留出一定的空间，因此容器不可以被装满。另外，超声波系统可能会在有波动的介质上出现交叉反射情况，影响检测结果。

雷达

雷达液位测量类似于超声波测量。然而，雷达传感器发射的是频率范围高达120GHz的电磁微波，而不是超声波。其液位检测由微波信号传输与其回波之间的持续时间决定（ToF法）。

雷达传感器即使在长测量距离下也是准确的，并且不需要校准。但它们价格昂贵。利用这种测量原理，会出现与超声波传感器类似的问题（检测盲区）。然而，雷达传感器在真空中也可以工作。通常，雷达传感器适用于测量较大的距离（1米-50米），例如在粮仓中。

音叉

这种方法特别适用于采矿、化工和食品工业中的液体以及粉末状和细粒度固体。振动传感器有一个叉形探针，以其固有频率振动。频率的变化表示电平的变化。这种方法既便宜又紧凑，但需要与材料接触。

由于每个传感器只能测量单个点的开关量，例如某个极限水平或40%、60%和80%，不能实现实时的液位监控。此外，音叉的测量精度通常也不会太高。

电阻

使用在两个电极之间施加电流的探棒来测量导电性或电阻。只要探棒被液体覆盖，电路就会保持闭合，电流就会流动。一旦探棒不再被覆盖，电路就会断开，从而指示低电平或高电平（离散测量）。

这种检测方式成本低廉，它必须与介质接触，并且只能与诸如饮用水之类的一贯导电的液体一起使用。此外，探棒可能会随着时间的推移而腐蚀。

浮球

另一个简单的高液位或低液位指示的传感器是浮球，当容器或储罐中的液位上升或下降时，浮球会上升或下降。

这种机械测量不需要任何功率，而且价格低廉，但相比其他液位方式，它们的体积可能相对较大，可靠性稳定性较低，并且可能会变脏并卡在容器中。

重力式

由称重传感器测量储罐的重量以测量液位，传感器通常连接到储罐的支撑框架上，以测量由容器质量施加的力， 重量的任何变化都对应于液位的变化。

由于称重传感器脱离被测液体,这是一种完全无接触的测量方式，因此能适应各种环境,又由于所测参数为重力,所以在密闭容器中也可以使用。但它需要被测介质的密度恒定，且罐体需要稳定，易受周围环境的影响。

差异一目了然

CAPTRON电容式传感器

作为液位测量专家，CAPTRON使用电容式和ToF激光技术进行液位测量。如右图所示，电容电平测量的工作原理是基于电容器的电容变化。在这个例子中，探棒和容器壁形成两个电极，而介质充当电介质。电平的变化导致电容的变化。空的容器具有低电容，而充满的容器具有高电容。

电容式探棒的选择标准

选择标准取决于许多因素——金属容器使用单杆探棒，而塑料容器使用双杆探棒或带金属管套的单杆探棒。环境条件，如100°C以上的温度和所需的防护等级，如IP67，决定了是否需要外部放大器或需要什么类型的仪器连接。

根据客户应用进行特殊设计

在每个行业中，对产品和材料的要求都非常不同。这就是CAPTRON提供一系列可组合和定制的探测系统的原因。根据客户的应用和类型，该公司的系统可用于配置满足特定客户要求的探头，探棒长度精确到毫米。定制设计是一个重要的考虑因素，尤其是对于不同尺寸的容器。CAPTRON满足这些要求，提供所需长度的探棒，甚至双探棒，并配有测量多种不同液体和粉末的传感器。由于产品采用高品质材质，耐污耐酸碱性能极好。CAPTRON可根据客户规格开发特殊设计，特别是杆的长度可实现厘米级的定制，并在两周内交付。

CAPTRON的液位传感器非常可靠且准确。有些系统已经稳定运行了20多年。CAPTRON还负责根据容器几何形状、测量材料（DK值）和其他影响因素（如温度或搅拌器的运动等）对探棒进行精确校准。可提供外壳内集成电子器件的紧凑型探针或带有外部放大器的探针。外部放大器通过屏蔽、耐温的聚四氟乙烯电缆连接到棒状探头。由于探棒和放大器的空间分离，可适用于高达230°C的温度场景。

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