一、電容式物位計(jì)的工作原理
    電容式物位計(jì)由電容式物位傳感器和檢測(cè)電容的線路組成。其基本工作原理是電容式物位傳感器把物位轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后再用測(cè)量電容量的方法求知物位數(shù)值。
    電容式物位傳感器是根據(jù)圓筒電容器原理進(jìn)行工作的。其結(jié)構(gòu)如同2個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng) 、半徑分別為R和r的圓筒型金屬導(dǎo)體，中間隔以絕緣物質(zhì)，當(dāng)中間所充介質(zhì)是介電常數(shù)為ε1的氣體時(shí)，兩圓筒的電容量為：

如果被測(cè)介質(zhì)為導(dǎo)電性液體時(shí)，電極要用絕緣物（如聚乙烯）覆蓋作為中間介質(zhì)，而液體和外圓筒一起作為外電極。假設(shè)中間介質(zhì)的介電常數(shù)為ε3，電極被浸沒(méi)長(zhǎng)度為l，則此時(shí)電容器所具有的電容量為：

其中：R 和r 分別為絕緣覆蓋層外半徑和內(nèi)電極外半徑。由于ε3 為常數(shù)，所以C 與l 成正比。
 

   如果電極的一部分被介電常數(shù)為ε2的液體（非導(dǎo)電性的）浸沒(méi)時(shí)，則必須會(huì)有電容量的增量△C 產(chǎn)生（因ε2>ε1），此時(shí)兩極間的電容量C=C1+△C。假如電極被浸沒(méi)長(zhǎng)度為l，則電容增量為：

   當(dāng)ε2、ε1、R、r不變時(shí)，電容量增量△C與電極浸沒(méi)的長(zhǎng)度l 成正比，因此測(cè)出電容增量數(shù)值便可知道液位高度。
 

二、電容式物位計(jì)液位計(jì)在應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
1、選型
由于被測(cè)介質(zhì)的不同，電容式物位傳感器有不同的型式。
（1）測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容物位傳感器，當(dāng)用于較稀的非導(dǎo)電液體（如輕油等）時(shí)，可采用一金屬電極，外
部同軸套上一金屬管，相互絕緣固定，以被測(cè)介質(zhì)為中間絕緣物質(zhì)構(gòu)成同軸套筒形電容器。
（2）測(cè)量導(dǎo)電液體的電容物位傳感器，容器（規(guī)則）和液體作為電容器的一個(gè)電極，插入的金屬電極作為另一電極，絕緣套管作為中間介質(zhì)，三者組成圓筒形電容器。當(dāng)容器為非導(dǎo)電體時(shí)，需另加一個(gè)接地極，其下端浸至被測(cè)容器底部，上端與安裝法蘭有可靠的導(dǎo)電連接，以使二電極中有一個(gè)與大地及儀表地線相連，保證儀表正常測(cè)量。
（3）當(dāng)測(cè)量粉狀非導(dǎo)電固體料位和粘滯性非導(dǎo)電液體液位時(shí)，可采用金屬電極直接插入圓筒型容器的中央，將儀表地線與容器相連，以容器作為外電極，料或液體作為絕緣介質(zhì)構(gòu)成圓筒型電容器。
    所以應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，即被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)（導(dǎo)電特性、粘滯性）、容器類型（規(guī)則/非規(guī)則金屬罐、規(guī)則/非規(guī)則非金屬罐），選擇合適的電容物位計(jì)。
2、測(cè)量回路中接地點(diǎn)的處理
    儀表測(cè)量回路中接地點(diǎn)的正確、可靠與否直接影響被測(cè)參數(shù)的測(cè)量。大修時(shí)，我廠采用電容物位計(jì)對(duì)油品精制8個(gè)堿液罐進(jìn)行液面監(jiān)控，由于堿液罐位于防爆區(qū)，所以最初設(shè)計(jì)測(cè)量回路中引入齊納式輸入安全柵（見(jiàn)圖1）。

圖1 采用齊納式輸入安全柵的系統(tǒng)接線圖
    安裝調(diào)試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)無(wú)法正常工作：安全柵2端電壓高達(dá)23V，而變送器（電容物位計(jì)）供電電壓為0V，也就是說(shuō)已短路。仔細(xì)查找原因，發(fā)現(xiàn)是由于電容物位計(jì)的電路結(jié)構(gòu)所致。電容物位計(jì)的探頭為等效電容的一極，對(duì)于外壁規(guī)則的金屬容器，其罐壁為電容的另一極。因此變送器信號(hào)負(fù)接地，而齊納柵也接地則變送器被短路。于是將接地COM點(diǎn)懸空，觀察到開(kāi)始時(shí)變送器輸出在4mA，安全柵2端電壓在0.86V，不長(zhǎng)時(shí)間變?yōu)?.6V，7V，變送器工作很不穩(wěn)定，這是由于COM點(diǎn)懸空，系統(tǒng)回路受外部干擾所致。于是拋開(kāi)安全柵與COM板，將24V電源直接送到變送器，串入標(biāo)準(zhǔn)電流表檢測(cè)變送器工作情況，變送器工作正常。得出結(jié)論：由于電容物位計(jì)信號(hào)負(fù)與大地（罐壁）相連，因此不能選用齊納式安全柵。經(jīng)與廠家協(xié)商，選用隔離式安全柵，因?yàn)殡娙菸镂挥?jì)與隔離式安全柵已進(jìn)行系統(tǒng)安全防爆聯(lián)合取證。選用隔離式安全柵系統(tǒng)接線如圖2所示。由于隔離式安全柵的電源、輸入、輸出信號(hào)三者隔離，避免了系統(tǒng)間的相互干擾，以及系統(tǒng)多點(diǎn)接地問(wèn)題。液位計(jì)

圖2 采用隔離式安全柵的系統(tǒng)接線圖
3、應(yīng)用中常見(jiàn)故障的處理
如果電容式物位計(jì)選型正確、安裝合理，一般很少出現(xiàn)故障，因此選型和安裝時(shí)應(yīng)注意：
（1）介質(zhì)的介電常數(shù)應(yīng)穩(wěn)定（對(duì)于非導(dǎo)電介質(zhì)）；
（2）對(duì)于軟纜型傳感器，安裝時(shí)需考慮傳感器周圍均衡，應(yīng)遠(yuǎn)離爬梯等；
（3）安裝時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離設(shè)備出入口；
（4）同軸型傳感器應(yīng)防堵。
常見(jiàn)故障有二種：
（1）傳感器漏電（對(duì)于導(dǎo)電介質(zhì)用傳感器，絕緣層磨損時(shí)會(huì)漏電）；
（2）電路損壞。
判定方法：
（1）用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量傳感器引線與大地間電阻，若阻值無(wú)限大，則傳感器不漏電；否則傳感器漏電需更換。
（2）將傳感器斷電，拆掉傳感器引線，通電用手觸摸電路傳感器端子，同時(shí)觀察輸出電流：若電流有變化，則電路板沒(méi)有損壞；否則電路板損壞，需更換。
    如果被測(cè)介質(zhì)是導(dǎo)電的粘滯性介質(zhì)，當(dāng)液位下降時(shí)，由于電極套管上仍粘附一層被測(cè)介質(zhì)，因此會(huì)造成虛假的液位指示，在這種情況下應(yīng)定期清洗探頭。而在測(cè)量粘滯性非導(dǎo)電液體時(shí)，當(dāng)液位下降后，光電極上會(huì)附上一薄層介質(zhì)，但這不影響儀表的正常測(cè)量。
4、標(biāo)定方法
（1）如果現(xiàn)場(chǎng)條件好、液面可以隨意調(diào)整，那么先使液面下降至零點(diǎn)，調(diào)整零點(diǎn)電位器使顯示儀表指示0%，電流輸出為4mA；使液面上升至滿點(diǎn)，調(diào)整量程電位器使顯示儀表指示100%，電流輸出為20mA。重復(fù)上述調(diào)整步驟，直到零滿位準(zhǔn)確為止。
（2）如果不可能重復(fù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備液位排空和滿位的調(diào)整，則采用傳感器提升方法。
    假設(shè)安裝時(shí)液面高度為h1，將傳感器提起△h，從公式△h/h=(I1-I2)/16計(jì)算出I2。其中h 為滿量程時(shí)液面高度；I1為液面高度為h1的電流輸出；I2為液面提起△h的電流輸出。調(diào)整傳感器量程電位器使輸出電流為I2。
    放回傳感器，根據(jù)h1/h=(I-4)/16計(jì)算I值，其中I為液面高度為h1時(shí)的電流輸出。調(diào)整傳感器零點(diǎn)電位器，使輸出電流為I值。至此標(biāo)定結(jié)束。
三、結(jié)論
    電容式物位計(jì)適用于各種導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體的液位或粘性料位的遠(yuǎn)距離連續(xù)測(cè)量和指示，也可以和其它電動(dòng)儀表配套使用，以實(shí)現(xiàn)液位或料位的自動(dòng)記錄、調(diào)節(jié)和控制。其亦可用于導(dǎo)電和非導(dǎo)電液體之間及二種介電常數(shù)不同的非導(dǎo)電液體之間的界面測(cè)量。電容物位計(jì)合理的選型與正確的接地是其實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量以及安全運(yùn)行的前提。

其次是磁浮子式、浮筒式、電容式液位計(jì)也有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用量。隨著技術(shù)發(fā)展,磁致伸縮式、超聲波式和射頻導(dǎo)納式液位計(jì)的用量將會(huì)迅速增加,壓力(差壓)式液位計(jì)比例會(huì)有所下降。依據(jù)介質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)條件的不同,各種液位計(jì)各展優(yōu)勢(shì),