液位传感器作为流体管控的 “眼睛”,广泛应用于化工储罐、民用水箱、新能源电池液冷系统等场景。其核心功能是将 “液位高度” 这一物理量,转化为可计量、可传输的电信号,而不同类型的传感器,依托电磁波、压力、浮力等不同物理原理实现这一转化。本文将从通用工作框架出发,分类拆解主流液位传感器的原理细节,同时对比其场景适配逻辑,帮助理解 “为何不同场景需选择不同传感器”。
感知环节:通过特定物理现象捕捉液位变化 —— 如雷达传感器利用电磁波反射感知液面位置,静压传感器通过液体压力感知液位深度;
转换环节:将感知到的物理信号(如反射时间、压力值)转化为电信号 —— 如压力变化转化为电阻变化,反射时间转化为电压变化;
输出环节:将电信号处理为工业标准信号(如 4-20mA 电流信号、RS485 数字信号),传输至控制器(PLC、单片机)或显示终端,最终呈现为直观的液位数值。
非接触式传感器的探头不与被测液体直接接触,通过 “隔空感知” 实现液位测量,适合强酸、高粘度、高污染等易损伤传感器的场景,主流类型包括雷达式与超声波式。
① 压力感知:将传感器探头(陶瓷或 316L 不锈钢膜片,抗磨损、防腐蚀)投入液体底部,膜片受液体压力挤压产生形变(压力公式:P = ρgh,其中 ρ 为液体密度,g 为重力加速度,h 为液位高度);
② 电阻变化:膜片下方的压阻式应变片(半导体材质,灵敏度高)随膜片形变产生电阻变化,通过惠斯通电桥将电阻变化转化为毫伏级(mV)微弱电信号;
③ 信号调理:内部电路进行温度补偿(温度变化会导致液体密度 ρ 改变,影响压力测量),同时将毫伏信号放大为 4-20mA 标准电流信号;
④ 液位换算:控制器根据已知的液体密度(如清水 ρ=1000kg/m³,原油 ρ=850kg/m³),通过公式 h = P/(ρg) 反算液位高度(如压力 P=50kPa 时,清水液位 h=5m)。
选型时:可根据介质特性(如是否腐蚀、是否粘稠)、精度需求(如 ±1mm vs ±5% FS)、场景限制(如空间大小、预算)快速锁定适用类型,避免 “用错传感器导致故障”;
故障排查时:能根据原理判断问题根源(如超声波传感器数据波动,优先排查是否有泡沫;投入式传感器偏差大,优先检查膜片是否堵塞);
方案优化时:可结合原理调整安装方式(如雷达传感器需安装在储罐顶部无遮挡处,确保电磁波直射液面),提升测量稳定性。
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