物位计是一种广泛应用于工业生产中的测量设备，可用于测量各种散料或液体的物位高度，是重要的自动化控制设备之一，物位计种类繁多。根据不同的测量原理和应用场景，物位计可以分为多种类型，不同种类的物位计在测量原理、适用环境、精度等方面各有优劣。在使用时需根据具体的应用场景和需求来选择合适的物位计，以保证测量结果的准确性和可靠性。下面将介绍几种常见的物位计。

一、电容式物位计

1. 概念及原理

电容式液位计是一种常用的液位测量装置，它利用电容的变化来测量液体的高度或液位。其工作原理是基于电容的变化与介质的相对介电常数有关。

电容是指两个电极之间的电荷储存能力。当液位计的电极与液体接触时，液体会形成一个电容器的一部分，其中液体就像电容器的介质。当液位上升或下降时，液体的体积也会相应地改变，从而改变了电容的值。

在电容式液位计中,通常会有两个电极,一个作为传感器电极，另一个作为参考电极。传感器电极被安装在液体中，而参考电极则位于液体上方。液体的液位高度决定了传感器电极与参考电极之间的电容值。

当液位上升时，液体与传感器电极之间的距离减小，电容值增加。相反，当液位下降时，液体与传感器电极之间的距离增加，电容值减小。这是因为液体的介电常数通常比空气的介电常数要大，而电容与介电常数成正比。

为了测量液位的变化，电容式液位计通常会将电容的变化转化为电信号输出。这个转换过程通常是通过电路中的电容传感器和信号处理单元来实现的。电容传感器负责测量电容值的变化，而信号处理单元负责将电容值转换为相应的电信号。

在信号处理单元中，电容式液位计通常会采用一些补偿措施来消除环境因素的干扰。例如，温度变化可能会导致电容值的变化，因此通常会使用温度补偿来消除这种影响。此外，还可以采用滤波和放大等技术来提高测量的准确性和稳定性。

2. 优缺点

优点：

（1）高精度测量：采用先进的测量技术，能够实现高精度的物位测量。其测量精度通常在毫米级，对于一些精密的测量要求，电容式物位计也能够满足。

（2）广泛适用性：适用于各种介质和测量环境，如液体、固体、粉末等。它可以在不同的温度、压力、湿度等环境下工作，具有广泛的适用性。

（3）非接触式测量：采用非接触式测量方式，不需要与被测物体接触，因此不会对被测物体产生任何影响。同时，由于非接触式测量不易受到磨损和腐蚀，因此能够延长设备的使用寿命。

缺点：

（1）对容器形状和大小有所限制：测量效果受到容器形状和大小的影响。对于一些不规则的容器，电容式物位计可能无法实现准确的测量。此外，对于一些小容器的测量，也可能会受到限制。

（2）存在测量盲区：在测量过程中存在一定的盲区。由于电容传感器的感应范围有限，当被测物体与传感器距离过远时，可能会出现测量误差。

（4）易受环境因素影响：测量结果容易受到环境因素的影响。例如温度、湿度、压力等环境因素的变化可能会对测量结果产生干扰。此外，一些导电介质或具有高介电常数的介质也会对测量结果产生影响（电磁干扰敏感，不适用于强电磁场环境）。

二、超声波物位计

1. 超声波检测原理

当振动频率高于20KHz以上(或振动频率大小于16Hz)的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波都称为超声波。频率小于20Hz(赫兹)的声波叫做次声波超声波可以在气体、液体及固体中传播，传播速度取决于介质的弹性常数及介质的密度，而且还与介质所处的状态有关。

超声波物位计是基于压电效应、和逆压电效应，一般采用较高频率的超声脉冲，通过测量超声波反射时间和距离来确定物位高度的传感器。它通常包括一个发射器(将交变电压转换成向外发射的机械波)和一个接收器(把声能转换成电能)，发射器向物位方向发射超声波，当超声波遇到液面时被反射回来，接收器接收反射回来的超声波，并计算出物位的距离。

2. 优缺点

优点：

（1）可以定点和连续测量，能很方便地提供遥测或遥控所需要的信号；

（2）测量装置不需要防护；

（3）超声波测量技术可选用气体、液体或固体作为传声媒质，有较大的适应性；

（4）没有可动部件，安装维护较方便；

（5）超声波不受光线、粘度的影响等；

（6）超声波物位计可以做到非接触测量，因而适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘度多种液体液位的测量；

（7）不怕烟和光，不受电磁干扰，可测量各种液体的液位和粉粒状固体料位，还可用于测量两种液体界面、液位差、料位差等；

（8）介式的测量方式能测沸腾介质的液位，允许液面波动倾侧、如测量火箭、飞机、轮船燃料仓内的液位。液介式的测量方式应用十分普遍，海水深度测量就采用这种方法。

缺点：

（1）换能器本身不能承受高温，声速受到介质的温度、压力等影响；

（2）电路复杂、造价较高；

（3）超声波物位计不能测量有气泡和悬浮物的液位，浊度高的液体中精度可能会降低，被测液面有很大波浪时，在测量上会引起超声波反射混乱，产生测量误差。

三、雷达物位计

1. 工作原理

雷达传感器的天线以波束的形式发射电磁波信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。在发射的时间间隔里，天线系统作为接收装置使用。仪表分析、处理运行时间小于十亿分之一秒的回波信号，并在极短的一瞬间分析处理回波。雷达传感器利用特殊的时间间隔调整技术将每秒的回波信号进行放大、定位，然后进行分析处理。因此雷达传感器可以在0.1s内精确细致地分析处理这些被放大的回波信号，无须花费很多时间来分析频率。

2. 优缺点

优点：

（1）更大范围内的非接触式连续液位测量；

（2）不受污泥和生物质、灰尘、泡沫、油、油脂和其他涂层、不平整的表面、湍流、压力和真空的影响；

（3）适用于各种固体和液态：用于液体传感的单频雷达液位传感器，用于骨料、砾石、沙子、煤、沥青和其他固体物位测量的双频雷达液位传感器；

（4）简单的安装和按钮校准。

缺点：

（1）对传感器表面的堆积物非常敏感；

（2）价格昂贵，安装维护需要专业人员。

四、差压式物位计

1. 压差式液位计的基本原理

液体静压力是由于液体在容器中的重力和容器底部所受液体压力共同作用所导致的。根据帕斯卡定律，液体的压强与深度成正比。因此，在液体静止时，液体静压力随液体高度的变化而变化。

在液位计中，将压力传感器连接在管道中，测量液体静压力之差，从而确定液体的高度。这种测量方法称为压差法或静压法。压差式液位计（即静压式液位计）便是这种原理的一种应用。

2. 压差式液位计的工作原理

在压差式液位计中，液体静压力的变化导致了管道中的压力差，压力差可以通过压力传感器测量。当液体的高度发生变化时，液体静压力的变化将导致压力差的变化，从而可以得到液体高度的变化。

由于液位计的测量精度取决于管道连接的位置和形状，因此必须根据具体应用选择合适的管道。此外，为了保证液体的稳定性，需要将液体放置在平稳的容器中，并尽量避免液体的振动和搅拌。

3. 优缺点

优点：

（1）精度高：能够避免温度、密度等因素对测量结果的影响，其测量误差通常小于0.5%。这是由于差压式物位计通过计算液位高度导致的压力差来测量液位，因此可以消除温度、密度等因素的影响；

（2）响应速度快：由于差压式物位计的作用原理简单，所以响应速度非常快，在液位变化较快的场合也能够正常使用；

（3）结构及测量原理简单：结构和测量原理相对简单，因此线性化、安装方便且后期维护工程量小，维护成本较低。这种特点使得差压式物位计成为一种经济实惠的选择；

（4）适用范围广：能够适用于各种液体，不受温度、压力等因素的影响，且具有较大的测量范围。这使得差压式物位计在许多不同的应用场景中都能够得到但由于受物料堵塞的影响，在使用时需注意清洁。

缺点：

（1）需对设备侧壁进行开孔以安装测量仪表：在使用差压式物位计时，需要对设备侧壁进行开孔以安装测量仪表，这可能会对设备造成一定程度的损坏；

（2）受介质密度和温度影响很大：在介质密度、温度有波动的工况中，差压式物位计常常精度比较差。这是由于差压式物位计的测量原理是基于压力差的计算，而压力差受到介质密度和温度的影响较大；

（4）对安装位置有要求：差压式物位计的安装位置对其测量精度也有一定影响。如果安装位置不正确，可能会导致测量误差增大或无法正常工作；

（5）对密封性要求较高：差压式物位计的密封性对其测量精度和使用寿命都有一定影响。如果密封不良，可能会导致介质泄漏或测量误差增大；

（6）测量范围有限：虽然差压式物位计具有较大的测量范围，但在一些特殊情况下，其测量范围仍然可能有限。例如，对于一些粘度较大或腐蚀性较强的介质，差压式物位计可能无法正常工作或使用寿命较短。