在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，液位檢測和監控一直扮演著(zhù)較為重要的角色，如食品飲料、日化品、醫藥、半導體等行業(yè)的生產(chǎn)，各種機器的冷卻和潤滑等，液位的監控直接影響著(zhù)產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程是否能夠順利進(jìn)行。

    同時(shí)隨著(zhù)自動(dòng)化程度的增加，為了保障產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，生產(chǎn)過(guò)程直接由人工監控和干預的時(shí)代亦已遠去，傳感器的重要性亦越加明顯，并且越來(lái)越多地參與至程序系統的設計中，不再是簡(jiǎn)單的機械式、粗略式的監控；故其要求除了檢測的可靠性、穩定性，同時(shí)要求安裝、調試簡(jiǎn)單化、尺寸緊湊化、應用多樣化等。

    另外，由于液位檢測環(huán)境的復雜性和多變性，也為傳感器的應用帶來(lái)了不同挑戰。例如：高粘度液體高度檢測、含雜質(zhì)的廢水液位監控、帶泡沫的液位高度測量、高腐蝕性液體高度報警等等。目前，市場(chǎng)上針對不同的應用，提供了多種有效的解決方案，但如何選擇合適、性?xún)r(jià)比高的傳感器一直是讓工程師們頭痛的問(wèn)題。

    常見(jiàn)的液位檢測方式

    為了選擇最佳的液位傳感器，我們不但需要了解被測液體的屬性和狀態(tài)，同時(shí)，也要知道不同的檢測方式的優(yōu)點(diǎn)與局限性，從而才能選出最合適的傳感器。以下為目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的檢測技術(shù)。

    激光測量：激光類(lèi)傳感器基于光學(xué)檢測原理，通過(guò)物體表面反射光線(xiàn)至接收器進(jìn)行檢測，其光斑較小且集中，易于安裝、校準，靈活性好，可應用于散料或液位的連續或者限位報警等；但其不適合應用于透明液體（透明液體容易折射光線(xiàn)，導致光線(xiàn)無(wú)法反射至接收器），含泡沫或者蒸汽環(huán)境（無(wú)法穿透泡沫或者容易受到蒸汽干擾），波動(dòng)性液體（容易造成誤動(dòng)作），振動(dòng)環(huán)境等。

    TDR(時(shí)域反射)/ 導波雷達/微波原理測量：其名稱(chēng)在行業(yè)內有多種不同的叫法，其具備了激光測量的好處，如：易于安裝、校準，靈活性好等，另外其更優(yōu)于激光檢測，如無(wú)需重復校準和多功能輸出等，其適用于各種含泡沫的液位檢測，不受液體顏色影響，甚至可應用于高粘性液體，受外部環(huán)境干擾相對小，但其測量高度一般小于6米。

    超聲波測量：由于其原理為通過(guò)檢測超聲波發(fā)送與反射的時(shí)間差來(lái)計算液位高度，故容易受到超聲波傳播的能量損耗影響。其亦具備安裝容易、靈活性高等特點(diǎn)，通?？砂惭b于高處進(jìn)行非接觸式測量。但當使用于含蒸汽、粉層等環(huán)境時(shí)，檢測距離將會(huì )明顯縮短，不建議使用在吸波環(huán)境，如泡沫等。

    音叉振動(dòng)測量：音叉式測量?jì)H為開(kāi)關(guān)量輸出，不能用于連續性監控液體高度。其原理為：當液體或者散料填充兩個(gè)振動(dòng)叉時(shí)，共振頻率改變時(shí)，依靠檢測頻率改變而發(fā)出開(kāi)關(guān)信號。其可用于高粘度液體或者固體散料的高度監控，主要為防溢報警、低液位報警等，不提供模擬量輸出，另外，多數情況下需要開(kāi)孔安裝于容器側面。

    光電折射式測量：該檢測方式通過(guò)傳感器內部發(fā)出光源，光源通過(guò)透明樹(shù)脂全反射至傳感器接收器，但遇到液面時(shí)，部分光線(xiàn)將折射至液體，從而傳感器檢測全反射回來(lái)光量值的減少來(lái)監控液面。該檢測方式便宜，安裝、調試簡(jiǎn)單，但僅能應用于透明液體，同時(shí)只輸出開(kāi)關(guān)量信號。

    靜壓式測量：該測量方式采用安裝于底部的壓力傳感器，通過(guò)檢測底部液體壓力，轉換計算出液位高度，其底部液體壓力參考值為與頂部連通的大氣壓或者已知氣壓。該檢測方式要求采用高精度、齊平式壓力傳感器，同時(shí)換算過(guò)程需要不斷進(jìn)行校準，其優(yōu)點(diǎn)為可檢測不受液位高度限制，但高度越高，傳感器精度要求越高，長(cháng)時(shí)間使用或者更換液體時(shí)需要重復校準。

    電容式測量：電容式測量主要通過(guò)檢測由于液面或者散料高度變化而導致的電容值變化來(lái)測量料位高度。其具有多種類(lèi)型，有可輸出模擬量的電容式液位計，液位電容式接近開(kāi)關(guān)，電容式接近開(kāi)關(guān)可以安裝于容器側面進(jìn)行非接觸檢測。當選擇必須注意，電容傳感器容易受到不同的容器材質(zhì)和溶液屬性影響，如塑料容器和掛料情況容易影響模擬量輸出的電容傳感器。

    浮球式檢測：該方式為最簡(jiǎn)單、最古老的檢測方式，價(jià)格相對便宜。主要是通過(guò)浮球的上下升降來(lái)檢測液面的變化，其為機械式檢測，檢測精度容易受浮力影響，重復精度差，不同液體需要重新校準。不適用于粘稠性或者含雜質(zhì)液體，容易造成浮球堵塞，同時(shí)不符合食品衛生行業(yè)的應用要求。

    如何選擇最佳的測量方式

    當我們了解了不同檢測方式的優(yōu)缺點(diǎn)以后，對于液位傳感器的選擇也逐漸有了清晰的概念。（具體可參考圖1）首先，在開(kāi)始選擇之前，必須先清楚我們需要傳感器達到哪些功能？是屬于開(kāi)關(guān)量輸出還是模擬量輸出？通常開(kāi)關(guān)量/數字量輸出用于報警或者保護作用，例如灌裝時(shí)防溢報警、低液位防泵空轉保護等；模擬量輸出主要用于過(guò)程控制，包括灌裝容量、液位顯示、加料速度控制等。

    圖1 如何選擇合適的液位傳感器
 

    接下來(lái)，必須了解被測液體屬性，其中包括狀態(tài)、顏色、腐蝕性、粘稠度、是否含雜質(zhì)，是否需要符合食品衛生認證？根據需求，尋找合適的傳感器。例如：日化品乳霜的灌裝過(guò)程中，需要監控儲液罐高、低液位，首先我們了解到乳霜為流體狀態(tài)，有較大粘稠度，顏色為半透明乳白色，非腐蝕性，無(wú)需食品衛生認證，按照這一要求，可選擇的類(lèi)型有：音叉測量、TDR測量和超聲波測量。

    然后，我們需要做最后評估，包括產(chǎn)品的安裝調試、應用溫度、壓力范圍、價(jià)格等，甚至可向供應商借用樣品測試，其中TDR和超聲波需要安裝于罐體頂部，音叉可選擇安裝于頂部或者側面；從調試角度，音叉最簡(jiǎn)單，TDR和超聲波次之，價(jià)格亦是。綜合評估下來(lái)，選用的優(yōu)先順序為：音叉，TDR，超聲波。 

   摘自《自動(dòng)化博覽》2014年10月