液位傳感器作為流體管控的 “眼睛”,廣泛應(yīng)用于化工儲(chǔ)罐、民用水箱、新能源電池液冷系統(tǒng)等場(chǎng)景。其核心功能是將 “液位高度” 這一物理量,轉(zhuǎn)化為可計(jì)量、可傳輸?shù)碾娦盘?hào),而不同類(lèi)型的傳感器,依托電磁波、壓力、浮力等不同物理原理實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化。本文將從通用工作框架出發(fā),分類(lèi)拆解主流液位傳感器的原理細(xì)節(jié),同時(shí)對(duì)比其場(chǎng)景適配邏輯,幫助理解 “為何不同場(chǎng)景需選擇不同傳感器”。
感知環(huán)節(jié):通過(guò)特定物理現(xiàn)象捕捉液位變化 —— 如雷達(dá)傳感器利用電磁波反射感知液面位置,靜壓傳感器通過(guò)液體壓力感知液位深度;
轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié):將感知到的物理信號(hào)(如反射時(shí)間、壓力值)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) —— 如壓力變化轉(zhuǎn)化為電阻變化,反射時(shí)間轉(zhuǎn)化為電壓變化;
輸出環(huán)節(jié):將電信號(hào)處理為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(如 4-20mA 電流信號(hào)、RS485 數(shù)字信號(hào)),傳輸至控制器(PLC、單片機(jī))或顯示終端,最終呈現(xiàn)為直觀的液位數(shù)值。
非接觸式傳感器的探頭不與被測(cè)液體直接接觸,通過(guò) “隔空感知” 實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量,適合強(qiáng)酸、高粘度、高污染等易損傷傳感器的場(chǎng)景,主流類(lèi)型包括雷達(dá)式與超聲波式。
① 壓力感知:將傳感器探頭(陶瓷或 316L 不銹鋼膜片,抗磨損、防腐蝕)投入液體底部,膜片受液體壓力擠壓產(chǎn)生形變(壓力公式:P = ρgh,其中 ρ 為液體密度,g 為重力加速度,h 為液位高度);
② 電阻變化:膜片下方的壓阻式應(yīng)變片(半導(dǎo)體材質(zhì),靈敏度高)隨膜片形變產(chǎn)生電阻變化,通過(guò)惠斯通電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)化為毫伏級(jí)(mV)微弱電信號(hào);
③ 信號(hào)調(diào)理:內(nèi)部電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償(溫度變化會(huì)導(dǎo)致液體密度 ρ 改變,影響壓力測(cè)量),同時(shí)將毫伏信號(hào)放大為 4-20mA 標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào);
④ 液位換算:控制器根據(jù)已知的液體密度(如清水 ρ=1000kg/m3,原油 ρ=850kg/m3),通過(guò)公式 h = P/(ρg) 反算液位高度(如壓力 P=50kPa 時(shí),清水液位 h=5m)。
選型時(shí):可根據(jù)介質(zhì)特性(如是否腐蝕、是否粘稠)、精度需求(如 ±1mm vs ±5% FS)、場(chǎng)景限制(如空間大小、預(yù)算)快速鎖定適用類(lèi)型,避免 “用錯(cuò)傳感器導(dǎo)致故障”;
故障排查時(shí):能根據(jù)原理判斷問(wèn)題根源(如超聲波傳感器數(shù)據(jù)波動(dòng),優(yōu)先排查是否有泡沫;投入式傳感器偏差大,優(yōu)先檢查膜片是否堵塞);
方案優(yōu)化時(shí):可結(jié)合原理調(diào)整安裝方式(如雷達(dá)傳感器需安裝在儲(chǔ)罐頂部無(wú)遮擋處,確保電磁波直射液面),提升測(cè)量穩(wěn)定性。
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