一、電容式物位計液位計的工作原理

電容式物位計由電容式物位傳感器和檢測電容的線路組成。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)圓筒電容器原理進行工作的。其結(jié)構(gòu)如同2個長度為L、半徑分別為R和r的圓筒型金屬導體，中間隔以絕緣物質(zhì)，當中間所充介質(zhì)是介電常數(shù)為ε1的氣體時，兩圓筒的電容量為：

如果被測介質(zhì)為導電性液體時，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，電極被浸沒長度為l，則此時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（非導電性的）浸沒時，則必須會有電容量的增量△C產(chǎn)生（因ε2>ε1），此時兩極間的電容量C=C1+△C。假如電極被浸沒長度為l，則電容增量為：

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

二、電容式物位計液位計在應用中應注意的幾個問題

1、選型

由于被測介質(zhì)的不同，電容式物位傳感器有不同的型式。

（1）測量非導電液體的電容物位傳感器，當用于較稀的非導電液體（如輕油等）時，可采用一金屬電極，外

部同軸套上一金屬管，相互絕緣固定，以被測介質(zhì)為中間絕緣物質(zhì)構(gòu)成同軸套筒形電容器。

（2）測量導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。當容器為非導電體時，需另加一個接地極，其下端浸至被測容器底部，上端與安裝法蘭有可靠的導電連接，以使二電極中有一個與大地及儀表地線相連，保證儀表正常測量。

（3）當測量粉狀非導電固體料位和粘滯性非導電液體液位時，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。

所以應根據(jù)現(xiàn)場實際情況，即被測介質(zhì)的性質(zhì)（導電特性、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。

2、測量回路中接地點的處理

儀表測量回路中接地點的正確、可靠與否直接影響被測參數(shù)的測量。大修時，我廠采用電容物位計對油品精制8個堿液罐進行液面監(jiān)控，由于堿液罐位于防爆區(qū)，所以最初設(shè)計測量回路中引入齊納式輸入安全柵（見圖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)無法正常工作：安全柵2端電壓高達23V，而變送器（電容物位計）供電電壓為0V電容液位計，也就是說已短路。仔細查找原因，發(fā)現(xiàn)是由于電容物位計的電路結(jié)構(gòu)所致。電容物位計的探頭為等效電容的一極，對于外壁規(guī)則的金屬容器，其罐壁為電容的另一極。因此變送器信號負接地，而齊納柵也接地則變送器被短路。于是將接地COM點懸空，觀察到開始時變送器輸出在4mA，安全柵2端電壓在0.86V，不長時間變?yōu)?.6V，7V，變送器工作很不穩(wěn)定，這是由于COM點懸空，系統(tǒng)回路受外部干擾所致。于是拋開安全柵與COM板，將24V電源直接送到變送器，串入標準電流表檢測變送器工作情況，變送器工作正常。得出結(jié)論：由于電容物位計信號負與大地（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，因為電容物位計與隔離式安全柵已進行系統(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、輸出信號三者隔離，避免了系統(tǒng)間的相互干擾，以及系統(tǒng)多點接地問題。液位計

圖2采用隔離式安全柵的系統(tǒng)接線圖

3、應用中常見故障的處理