各种料位计的各种原理及优缺点

一、简介

料位计，是用来测量料仓/容罐/仓储等料位的计量仪表，并将料位信号（开关量或连续量）转换为电信号（模拟信号或数字信号）传送到PLC/DCS上，辅助自动化系统控制卸料、加料或停止进料，保持料仓内料位高度。

料位计又称为料位仪表，料位传感器，料位仪，料位变送器、物位计、物位仪表等。

料位计可测量各种状态的物料，如液态、浆液状、灰状、粉状、颗粒状、块状等的物料料位，广泛应用于各个行业。

料位计的分类

随着工业自动化水平的提高，以及在工厂的实践经验中，料位计种类繁多，根据不同的分类方式，有如下种类，

1）根据被测对象分为：

液位计（测量液体）

界面仪（测量液液、固液分界面）

物位计（测量固体物料）

2）根据测量目的分为：

开关量测量（即高低料位报警）

连续量测量（实时料位监测）

3）根据测量方式及原理分为：

接触式：阻旋式、音叉式、电容式、重锤式、射频导纳式、导波雷达式

非接触式：电磁式、超声波式（三维成像）、雷达式、核子式、中子式、射线式、称重式、无源核子、辐射式、激光式

二、各种料位计的各种原理及优缺点

1、阻旋式料位开关

测量原理：高料位时，通过电机驱动传动杆末端的桨叶旋转，当物料覆盖并阻止桨叶旋转时，输出触点（干接点）报警信号，同时切断电机电源；低料位时，桨叶由被覆盖状态到释放，弹簧将电机拉回工作位置，输出相反的触点（干接点）报警信号。

适用工况：适用于各种固体物料测量；温度<=800℃，压力<=10bar，拽引力<=2.8t，灵敏度达20g/l，可要求FDA食品级认证，EHEDG卫生级认证，ATEX、FM/CSA、IEC-Ex、GOST粉尘及气体防爆认证；

2、音叉式料位开关

测量原理：高料位时，通过压电激励探头末端的音叉体产生

100~350Hz的振动频率，当物料覆盖住探头时，便停止振动，输出触点（干接点）报警信号；低料位时，探头由被覆盖状态到释放，开始振动，输出相反的触点（干接点）报警信号。

适用工况：适用于干燥的、颗粒度小于20mm、温度<=150℃、压力

<=16bar的固体物料测量，灵敏度达3g/l；可要求FDA食品级认证，EHEDG卫生级认证，ATEX、FM/CSA、IEC-Ex、GOST粉尘及气体防爆认证，甚至ia，ib本安型防爆认证以及NAMUR认证；

3、电容式料位开关

测量原理：高料位时，通过探头内部主电极在探头周围形成一个电场（射频导纳是发射高频电波），监测探头周边电容量（导纳值）的变化，当探头被物料覆盖住，电容量（导纳值）变化，输出触点（干接点）报警信号。低料位时，探头由被覆盖状态到释放，电容量（导纳值）变化为初始量，输出与高料位相反的触点（干接点）报警信号。

适用工况：适用于介电常数>1.6，温度<=180℃，干燥的（除木屑）、颗粒度小于40mm、压力<=16bar的松散物料测量；可要求FDA食品级认证，EHEDG卫生级认证，ATEX、IEC-Ex、FM/CSA粉尘防爆认证；

4、重锤式料位计

测量原理：通过电机驱动钢带卷轮下放钢带末端的感应锤头往料仓内探测，当感应锤触碰到物料表面失重时，电机反转将感应锤头拉回顶部停止位置，同时输出与实际料位相应的模拟量信号4~20mA。

适用工况：适用于各种固体物料的测量，温度范围-40℃~250℃，压力-0.5bar~+1.7bar,速度达0.33m/s,对选型及安装要求比较严格。ATEX、FM/CSA粉尘防爆认证；量程达50米；

5、超声波料位计

测量原理：通过发射口发射超声波，到达物料表面，形成有效的反射波，通过接收口接收反射波，通过计算输出与料位高度相应的模拟量信号4~20mA。

适用工况：适用于料面规则、无粘料、无挂料、粉尘较小、无噪音干扰的工况，介电常数要求>=1.6,温度<=150℃，压力<=10bar；适用于粉尘防爆场合；

6、雷达料位计

测量原理：通过发射天线发射雷达波，到达物料表面，形成有效的反射波，通过接收天线接收反射波，通过计算输出与料位高度相应的模拟量信号4~20mA。

适用工况：适用于料面规则、无粘料、无挂料、粉尘较小的工况，介电常数要求>=1.6,温度<=350℃，压力<=40bar；适用于各种防爆场合；

7、称重式料位计

测量原理：通过在料仓底部安装重量传感器支撑点，来感应料仓内部物料重量的变化，从而输出与料位高度相应的料位信号。

适用工况：适用于各种工况，适用于各种物料，除了堆积密度变化比较大的以及潮湿物料之外；适用于各种温度及压力，甚至气体防爆场合；安装调试要求严格。

8、放射式料位计

测量原理：通过发射源发射一个GAMAR射线，穿透物料到射线接收铅板，从而输出与料位高度相应的料位信号。

适用工况：适用于各种工况，适用于各种物料，除了会受射线污染影响的物料；适用于各种温度及压力，甚至防爆场合；安装调试条件比较苛刻；

通常非接触式仪表会受如下因素的影响：

受介电常数影响：若物料介电常数低，容易吸收雷达波或超声波或高频电波（射频导纳），导致失波，测量不准；建议不要采用非接触式料位计测量介电常数比较低的工况；

受粉尘干扰：粉尘大，导致雷达料位计、超声波料位计在进料时因扬尘产生的反射波而出现“跳变”误报的现象；建议非接触式料位计避免应用于粉尘太大的工况；

受潮湿度影响：容易粘料挂料，导致雷达料位计、超声波料位计、射频导纳料位计出现误报、虚假料位的现象；建议非接触式料位计避免应用于容易潮湿挂料的工况；

而接触式仪表会受下因素影响：

机械磨损：机械磨损容易影响仪表的寿命，譬如阻旋式容易出现卡死、烧电机的情况，因此要求所采用的阻旋式必须采用离合式的衔接方式，同时必须采用双轴承支撑；而重锤料位计必须采用钢带式的传动方式，寿命高达25万次，且自带清洁器，可以刮除粘料，而钢丝绳式的重锤料位计比较细，容易粘附物料，出现绕缆、断锤等问题；且尽量避开物料持续冲刷；

安装位置：重锤料位计若安装位置不当，容易受物料的冲击，容易出现断锤、埋锤的现象；因此要求采用测量速度快的电机，至少达到0.25m/s，要求采用拽引力强的电机，至少达到800N或3000N；

仓壁挂料：若仓壁挂料比较严重，容易产生塌料的问题，导致断锤、埋锤的现象；要求尽量避开仓壁挂料，所采用的重锤料位计必须杠杆式的快速反应方式，且最好自带中断提锤功能，尽量避免塌料影响；

五、料位计选型注意事项

料位计的选型必须结合实际工况，综合考虑各种影响因素，以选出性价比较高的、能够满足现场应用需求的、合适的型号，因此必须详细了解如下几大因素：

1）测量的目的：高低料位报警还是实时料位监测；

2）测量的对象：测量什么物料，物料的状态、密度、颗粒度、潮湿度、化学特性等；