怎么選擇最合適的液位傳感器

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】液位傳感器事業(yè)部，張工。

在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，液位檢測(cè)與監(jiān)測(cè)一直發(fā)揮著重要作用，如食品飲料、日化、醫(yī)藥、半導(dǎo)體等行業(yè)的生產(chǎn)，各種機(jī)器的冷卻潤(rùn)滑等， 液位監(jiān)測(cè)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程能否順利進(jìn)行。

同時(shí)，隨著自動(dòng)化程度的提高，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，生產(chǎn)過(guò)程中直接人工監(jiān)控和干預(yù)的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返，傳感器的重要性越來(lái)越明顯 ，越來(lái)越多的涉及到程序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不再是簡(jiǎn)單的機(jī)械粗暴的監(jiān)控；因此，除了檢測(cè)的可靠性和穩(wěn)定性外，還要求安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、體積小巧、應(yīng)用多樣化。

此外，由于液位檢測(cè)環(huán)境的復(fù)雜性和多變性，也給傳感器的應(yīng)用帶來(lái)了不同的挑戰(zhàn)。例如：高粘度液位檢測(cè)、雜質(zhì)廢水液位監(jiān)測(cè)、泡沫液位測(cè)量、高腐蝕性液位報(bào)警等。目前市場(chǎng)針對(duì)不同的應(yīng)用提供了多種有效的解決方案，但是如何選擇一個(gè)合適的傳感器一直是工程師們頭疼的問(wèn)題。

常見(jiàn)的液位檢測(cè)方法：

為了選擇最佳的液位傳感器，我們不僅需要了解被測(cè)液體的性質(zhì)和狀態(tài)，還要了解不同檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)和局限性，從而選擇最合適的傳感器。以下是當(dāng)今市場(chǎng)上最常見(jiàn)的檢測(cè)技術(shù)。
激光測(cè)量：激光傳感器基于光學(xué)檢測(cè)原理，通過(guò)將光線從物體表面反射到接收器進(jìn)行檢測(cè)。光斑小而集中，安裝校準(zhǔn)方便，柔韌性好。它可用于連續(xù)或有限的散裝物料或液位。位報(bào)警等；但不適用于透明液體（透明液體易折射光線，使光線無(wú)法反射到接收器）、泡沫或蒸汽環(huán)境（不能穿透泡沫或易受蒸汽干擾）、波動(dòng)液體（易 引起故障）、振動(dòng)環(huán)境等。
TDR（時(shí)域反射儀）/導(dǎo)波雷達(dá)/微波原理測(cè)量：它的名字在業(yè)界有很多不同的叫法，它具有激光測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，如：安裝方便、校準(zhǔn)方便、靈活性好等。與激光檢測(cè)相比，無(wú)需重復(fù)校準(zhǔn)，多功能輸出等適用于各種帶泡沫的液位檢測(cè)，不受液體顏色影響，甚至可應(yīng)用于高粘度液體。它受外界環(huán)境的干擾相對(duì)較小，但其測(cè)量高度一般在6米以?xún)?nèi)。
超聲波測(cè)量：由于其原理是通過(guò)檢測(cè)超聲波傳輸與反射的時(shí)間差來(lái)計(jì)算液位高度，因此很容易受到超聲波傳輸能量損失的影響。它還具有安裝方便、靈活性高的特點(diǎn)，通?？梢园惭b在高處進(jìn)行非接觸測(cè)量。但在含有蒸汽和粉末層的環(huán)境中使用時(shí)，檢測(cè)距離會(huì)明顯縮短，不建議在泡沫等吸收性環(huán)境中使用。
音叉振動(dòng)測(cè)量：音叉測(cè)量只是開(kāi)關(guān)量輸出，不能用于連續(xù)監(jiān)測(cè)液高。其原理是：當(dāng)兩個(gè)振動(dòng)叉裝滿液體或散狀物料時(shí)，當(dāng)諧振頻率發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)檢測(cè)頻率的變化發(fā)出開(kāi)關(guān)信號(hào)?？捎糜诟哒扯纫后w或固體散裝監(jiān)測(cè)，主要用于防溢流報(bào)警、低液位報(bào)警等。不提供模擬量輸出。此外，在大多數(shù)情況下，它需要安裝在容器的側(cè)面。
光電折射測(cè)量：這種檢測(cè)方式在傳感器內(nèi)部發(fā)射光源，光源通過(guò)透明樹(shù)脂全反射到傳感器接收器，但當(dāng)遇到液體表面時(shí)，部分光會(huì)折射到液體中，使傳感器檢測(cè)到總反射光值的降低來(lái)監(jiān)測(cè)液位。該檢測(cè)方法成本低，安裝調(diào)試方便，但只能適用于透明液體，且僅輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。

靜壓測(cè)量：這種測(cè)量方法是利用安裝在底部的壓力傳感器檢測(cè)底部的液體壓力，轉(zhuǎn)換計(jì)算液位高度，底部液體壓力的參考值為大氣壓或已知壓力，頂端。這種檢測(cè)方式需要使用高精度、沖洗式壓力傳感器，轉(zhuǎn)換過(guò)程需要不斷校準(zhǔn)。液體需要重新校準(zhǔn)。
電容式測(cè)量：電容式測(cè)量主要是通過(guò)檢測(cè)因液位變化或散裝物料高度引起的電容值變化來(lái)測(cè)量物料的高度。它有多種類(lèi)型，包括可以輸出模擬量的電容式液位計(jì)、液位電容式接近開(kāi)關(guān)，以及可以安裝在容器側(cè)面進(jìn)行非接觸檢測(cè)的電容式接近開(kāi)關(guān)。選擇時(shí)必須注意電容式傳感器容易受到不同容器材料和溶液特性的影響，例如塑料容器和懸掛材料很容易影響電容式傳感器的模擬輸出。

浮球檢測(cè)：這種方法是最簡(jiǎn)單、最古老的檢測(cè)方法，液位的變化主要通過(guò)浮球的升降來(lái)檢測(cè)。是機(jī)械檢測(cè)，檢測(cè)精度容易受浮力影響，重復(fù)性差，不同液體需要重新標(biāo)定。不適用于黏性或含雜質(zhì)液體，易造成浮球堵塞。同時(shí)不符合食品衛(wèi)生行業(yè)的應(yīng)用要求。

如何選擇最佳測(cè)量方法
當(dāng)我們了解了不同檢測(cè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)后，我們對(duì)液位傳感器的選擇也就逐漸有了清晰的概念。首先，在開(kāi)始選型之前，我們首先要知道我們需要傳感器實(shí)現(xiàn)哪些功能？是開(kāi)關(guān)量輸出還是模擬量輸出？通常開(kāi)關(guān)/數(shù)字輸出用于報(bào)警或保護(hù)，如灌裝時(shí)防溢流報(bào)警、低液位防泵空轉(zhuǎn)保護(hù)等；模擬量輸出主要用于過(guò)程控制，包括灌裝量、液位顯示、進(jìn)料速度控制等。
接下來(lái)要了解被測(cè)液體的特性，包括狀態(tài)、顏色、腐蝕性、粘度，是否含有雜質(zhì)，是否需要符合食品衛(wèi)生認(rèn)證？根據(jù)我們的需要，找到合適的傳感器。例如：在日化膏的灌裝過(guò)程中，需要對(duì)儲(chǔ)液罐的高低液位進(jìn)行監(jiān)控。首先我們知道奶油是液態(tài)的，粘度大，半透明的乳白色，無(wú)腐蝕性，沒(méi)有食品衛(wèi)生認(rèn)證，根據(jù)我們的要求，我們可以選擇類(lèi)型：音叉測(cè)量，TDR 測(cè)量和超聲波測(cè)量。
然后，我們需要做最后的評(píng)估，包括產(chǎn)品的安裝調(diào)試、應(yīng)用溫度、壓力范圍等，其中TDR和超聲波需要安裝在設(shè)備上。油箱頂部，音叉可安裝在頂部或側(cè)面；從調(diào)試的角度來(lái)看，音叉最簡(jiǎn)單，其次是TDR和超聲波，經(jīng)過(guò)綜合評(píng)估，選擇的優(yōu)先順序?yàn)椋阂舨?、TDR、超聲波。