TECHNICAL GUIDE
概 述
（External-mounted Level Meter）是一种完全非接触罐内的物位测量仪表。其传感器（超声探头或雷达天线）安装在罐体外壁，通过超声波或电磁波透过罐壁传递能量，由回波时间差反算罐内液位高度。整个测量过程罐体不开孔、不接触介质。
因其不开孔、不接触介质的独特优势，在以下场景中是不可替代的方案：①强腐蚀罐体（罐壁即隔离屏障）、②卫生级罐体（食品/制药/生物CIP）、③易燃易爆罐体（杜绝穿壁密封）、④在役改造罐体（无法开孔的存量罐）。
TECHNOLOGY & APPLICATION
理解原理，精准选型
从测量原理到现场应用，了解外贴式液位计的技术特点与选型要点。
MEASUREMENT PRINCIPLE
工作原理（超声透壁 / 雷达透壁）
2.1 超声波外贴式液位计原理
超声探头（压电陶瓷 PZT）以一定频率（通常 200 kHz~1 MHz）向罐壁发射超声纵波，声波透过罐壁传入罐内液体传播，遇气液界面反射后返回探头；由回波时间 t 与声速 c 求得探头到液面的距离 D
= c·t / 2：D = c · t / 2 （c 为介质中声速，水≈1480 m/s）
L = H − D （H 为安装高度 = 探头到罐底的距离）
c = √(K / ρ) （声速 c 取决于液体弹性模量 K 与密度 ρ）
2.2 雷达外贴式液位计原理
雷达探头（80 GHz / 120 GHz 毫米波）向罐壁发射微波脉冲，微波可穿透非金属罐壁（塑料、玻璃钢、玻璃），对金属罐壁则会反射，故雷达外贴只适用于非金属罐。公式与普通雷达一致：D = c·t /2（L = H − D）。
2.3 信号传递路径（8 步，超声版）
/External-mountedLevelMeter第3页技术总结技术文档·选型手册
2.4 罐壁材质适配要求
/External-mountedLevelMeter第4页技术总结技术文档·选型手册
工作原理（超声透壁 / 雷达透壁） · 序号 / 环节对照查阅
| 序号 | 环节 | 关键处理 |
|---|---|---|
| 1 | 探头激励 | 高压脉冲激发压电陶瓷，产生超声纵波 |
| 2 | 透过罐壁 | 声波通过耦合剂（硅脂/黄油）进入金属壁 |
| 3 | 壁内传播 | 声波在罐壁中传播（钢中声速≈5900 m/s） |
| 4 | 壁-液界面透射 | 声波透过内壁进入液体介质 |
| 5 | 气液界面反射 | 遇液面返回，反射强度由界面声阻抗差决定 |
| 6 | 回波接收 | 回波经液体→壁→耦合剂→探头接收 |
| 7 | 时域识别 | 区分壁面回波与液面回波（首波+二波） |
| 8 | 液位输出 | 首波与液面波时差 → D = c·t/2 → L |
工作原理（超声透壁 / 雷达透壁） · 罐壁材质 / 适配性对照查阅
| 罐壁材质 | 适配性 | 备注 |
|---|---|---|
| 碳钢 / 不锈钢 | 超声：良好 | 标准工业应用，外贴首选 |
| 铝 | 超声：良好 | 导声好，但需注意氧化层 |
| 塑料 / PE / PP | 超声 + 雷达：均可 | 适合雷达外贴 |
| 玻璃钢 (FRP) | 超声 + 雷达：均可 | 透波良好 |
| 玻璃 | 雷达：良好 | 食品 / 制药 透明罐 |
| 搪玻璃 | 超声：良好（需测试） | 搪瓷层可能影响透波 |
| 衬胶 / 衬塑 | 需先评估 | 衬里层可能吸波，需现场测试 |
PRODUCT STRUCTURE
产品结构
3.1 主要组件清单（10 大组件）
/External-mountedLevelMeter第5页技术总结技术文档·选型手册外贴式液位计/External-mountedLevelMeter第6页技术总结技术文档·选型手册
外壳 / 端盖
主要功能：IP66/IP67 防护，容纳电路 常用材质：ABS / 铝合金 / 316L
显示模块
主要功能：LCD 显示测量值、波形 常用材质：玻璃 + PC
信号处理 MCU/DSP
主要功能：回波识别、温度补偿 常用材质：ARM / DSP
超声发射 / 接收电路
主要功能：高压脉冲激励 + 低噪放大 常用材质：压电陶瓷 PZT
探头（压电陶瓷）
主要功能：电-声 / 声-电转换 常用材质：PZT-5A / 复合压电
耦合剂接口
主要功能：填充超声耦合剂（硅脂/黄油） 常用材质：硅胶 / 医用耦合剂
固定装置
主要功能：磁吸 / 粘接 / 卡箍 / 螺栓 常用材质：强磁 + 环氧胶
通信接口
主要功能：4~20 mA + HART / Modbus / 无线 常用材质：接线端子
供电接口
主要功能：DC 24V / 电池 / 太阳能 常用材质：接线盒 + 太阳能板
外壳密封件
主要功能：防水防尘 常用材质：硅胶密封圈
固定方式
组件名称：适用罐体 主要功能：安装速度 常用材质：特点
强磁吸附
组件名称：铁质罐壁 主要功能：极快（秒级） 常用材质：无痕、可移动、适合临时监测
环氧胶粘接
组件名称：任意材质罐 主要功能：需 24 小时固化 常用材质：永久固定、信号耦合好
卡箍固定
组件名称：圆柱形罐 主要功能：较快 常用材质：可拆卸、信号耦合需耦合剂
螺栓固定
组件名称：带法兰罐 主要功能：需开孔 常用材质：最牢靠、但破坏罐壁
导轨卡扣
组件名称：带安装板罐 主要功能：快 常用材质：可重复定位
分类维度
组件名称：类型 主要功能：典型参数 常用材质：
按原理
组件名称：外贴超声波 主要功能：200 kHz~1 MHz / 精度 ±0.5%FS 常用材质：
按原理
组件名称：外贴雷达 主要功能：80/120 GHz / 精度 ±1~5 mm 常用材质：
按供电
组件名称：有线 24V 主要功能：稳定、适合固定监测 常用材质：
按供电
组件名称：电池供电 主要功能：NB-IoT / LoRa 远程 常用材质：
按通信
组件名称：LoRa / NB-IoT 无线 主要功能：免布线、远程集中监控 常用材质：
按通信
组件名称：HART / Modbus 有线 主要功能：接入 DCS 常用材质：
按罐体
组件名称：金属罐专用 主要功能：外贴超声波 常用材质：
按罐体
类型：塑料 / 玻璃钢罐 典型参数：外贴超声波 + 外贴雷达
TECHNICAL GUIDE
优缺点分析
4.1 主要优点
/External-mountedLevelMeter第7页技术总结技术文档·选型手册
4.1 主要优点
罐体不开孔
说明：彻底避免穿壁密封泄漏风险
完全非接触介质
说明：不受介质腐蚀、结垢、粘附影响
卫生级符合
说明：适合食品 / 制药 / 生物反应器
防爆安全
说明：仪表在罐外，罐内无电气接口
安装简便
说明：磁吸式秒级安装，无需停产
适合在役改造
说明：无需停产动火开孔，可在线加装
可拆卸复用
说明：磁吸 / 卡箍型可重复使用
维护简单
说明：外壳清洁即可，无需进入罐内
无线方案可选
说明：NB-IoT / LoRa / 4G 远程监控
缺点与使用限制
精度低于插入式仪表
应对措施：精度 ±0.5%~±1%FS，比投入式略差
对罐壁材质敏感
应对措施：非金属罐选雷达 / 金属罐选超声
罐壁厚度影响测量
应对措施：需现场标定、罐壁厚度 ≤ 30 mm
罐壁结垢 / 油漆影响
应对措施：清除接触面油漆、保证耦合
罐内有衬里层可能阻断
应对措施：现场测试透波性
罐壁锈蚀严重时失真
应对措施：处理接触面、打磨光滑
金属罐雷达无法透壁
应对措施：改用外贴超声波
气液两相 / 强湍流影响回波
应对措施：改用导波雷达或差压式
APPLICATIONS
应用领域
/External-mountedLevelMeter第8页技术总结技术文档·选型手册
食品 / 饮料
典型应用：牛奶、果汁、糖浆、啤酒罐 推荐方案：外贴雷达（卫生级）
制药 / 生物
典型应用：发酵罐、CIP 罐、培养基 推荐方案：外贴雷达 / 超声
强腐蚀化工
典型应用：盐酸、硫酸、王水罐 推荐方案：外贴超声
易燃易爆
典型应用：油品、轻烃、危险品罐 推荐方案：外贴超声（隔爆）
在役罐改造
典型应用：无法动火开孔的存量罐 推荐方案：磁吸式外贴超声
塑料 / PE 储罐
典型应用：水处理罐、酸碱塑料罐 推荐方案：外贴雷达（透波强）
玻璃钢罐
典型应用：化工玻璃钢储罐 推荐方案：外贴超声 + 雷达均可
玻璃瓶 / 玻璃反应釜
典型应用：实验室、试剂罐 推荐方案：外贴雷达（透玻璃）
燃气 / 加油站
典型应用：埋地 LPG / 燃油罐 推荐方案：外贴超声（隔爆型）
水务 / 水利
典型应用：封闭水箱、消防水池 推荐方案：外贴超声（电池供电）
TECHNICAL SPECIFICATIONS
技术参数表
/External-mountedLevelMeter第9页技术总结技术文档·选型手册
技术参数表 · 参数类别 / 参数名称对照查阅
| 参数类别 | 参数名称 | 典型规格 |
|---|---|---|
| 测量性能 | 测量原理 | 超声波透壁（主流）/ 雷达透壁（非金属罐） |
| 测量性能 | 适用罐体材质 | 钢、不锈钢、铝、塑料、玻璃钢、玻璃 |
| 测量性能 | 测量范围 | 0.15~3 m（标准）/ 0.3~10 m（远距型） |
| 测量性能 | 测量精度 | ±0.5%FS（超声）/ ±1~5 mm（雷达） |
| 测量性能 | 重复性 | ±2 mm |
| 测量性能 | 响应时间 | 2~5 s |
| 测量性能 | 罐壁厚度 | ≤ 30 mm（钢）/ ≤ 50 mm（塑料） |
| 过程条件 | 介质温度 | 40 ~ +120 ℃（标准）/ +250 ℃（高温型） |
| 过程条件 | 环境温度 | 40 ~ +70 ℃ |
| 过程条件 | 介质压力 | 不受介质压力影响（非接触） |
| 电气规格 | 供电电压 | 24 V DC ±10% / 3.6V 锂电池 / 太阳能 |
| 电气规格 | 输出信号 | 4~20 mA + HART / RS485 Modbus / NB-IoT / LoRa / 4G |
| 电气规格 | 功耗 | 有线 ≤ 0.8 W / 无线 ≤ 1 mW（待机） |
| 电气规格 | 电池寿命 | 5~10 年（无线型） |
| 结构 | 探头材质 | PZT-5A 压电陶瓷 + ABS / 铝合金外壳 |
| 结构 | 外壳防护 | IP66 / IP67 |
| 防爆 | 防爆等级 | Ex d ib IIC T6 Ga / Ex ia IIC T6 Ga |
| 防爆 | 防爆认证 | NEPSI / ATEX / IECEx |
| 认证 | 通信协议 | HART 7 / Modbus / LoRa / NB-IoT / 4G |
| 认证 | 卫生认证 | EHEDG / 3-A（食品/制药级） |
| 环境 | 环境湿度 | 0~95% RH |
SELECTION GUIDE
选型表
7.1 按测量原理选型
/External-mountedLevelMeter第10页技术总结技术文档·选型手册
7.4 按通信方式选型
/External-mountedLevelMeter第11页技术总结技术文档·选型手册
选型表 · 代码 / 仪表类型对照查阅
| 代码 | 仪表类型 | 适用罐体 | 典型精度 | 价格档位 |
|---|---|---|---|---|
| EX-U | 外贴超声波 | 金属罐为主 | ±0.5%FS | 中 |
| EX-R | 外贴雷达 | 塑料 / 玻璃 / 玻璃钢罐 | ±1 mm | 中高 |
| EX-M | 外贴超声波 + 磁性 | 铁质罐（秒级安装） | ±0.5%FS | 中 |
| EX-W | 无线 NB-IoLo | 任意罐 / 远程集中监控 | ±0.5%FS | 中高 |
| EX-S | 卫生级（EHEDG） | 食品 / 制药 | ±1%FS | 高 |
| 罐体材质 | 推荐方案 | 关键要求 | ||
| 碳钢 / 不锈钢 | 外贴超声波 | 罐壁厚度 ≤ 30 mm | ||
| 铝 | 外贴超声波 | 去除氧化膜 | ||
| 塑料 / PE / PP | 外贴雷达（80 GHz） | 透波良好，精度高） | ||
| 玻璃钢 (FRP) | 外贴超声 / 雷达 | 现场测试耦合 | ||
| 玻璃 | 外贴雷达 | 透玻璃性能极佳 | ||
| 搪玻璃 | 外贴超声（需测试） | 搪瓷层可能影响 | ||
| 衬塑 / 衬胶 | 需现场测试 | 衬里层可能吸波 | ||
| 代码 | 应用场景 | 推荐仪表 | 关键参数 | 备注 |
| SC-01 | 食品卫生罐 | 外贴雷达 | EHEDG 认证 | 免开孔、卫生零污染 |
| SC-02 | 制药发酵罐 | 外贴雷达 | CIP 兼容 | 符合 GMP 要求 |
| SC-03 | 盐酸 / 硫酸罐 | 外贴超声 | 316L + PTFE | 抗腐蚀场合首选 |
| SC-04 | LPG 燃气罐 | 外贴超声（防爆） | Ex d 隔爆 | 杜绝穿壁泄漏 |
| SC-05 | 在役罐改造 | 磁吸式外贴超声 | 24V DC | 免动火、免停产 |
| SC-06 | PE 储水罐 | 外贴雷达 | 80 GHz 透塑料 | 精度 ±1 mm |
| SC-07 | 玻璃反应釜 | 外贴雷达 | 穿透玻璃 | 实验室常用 |
| SC-08 | 埋地 LPG 罐 | 外贴超声 | 电池供电 + 4G | 远程无线传输 |
| SC-09 | 水务消防水池 | 外贴超声（电池） | LoRa / NB-IoT | 免布线 |
| SC-10 | 汽油 / 柴油罐 | 外贴超声（防爆） | Ex d 隔爆 | 安全无火花 |
选型表 · 通信方式 / 适用场景对照查阅
| 通信方式 | 适用场景 | 特点 | 功耗 |
|---|---|---|---|
| 4~20 mA + HART | 固定接入 DCS / PLC | 稳定、抗干扰 | 有线供电 |
| RS485 Modbus | 多台组网监控 | 可挂 32 台 | 有线供电 |
| LoRa | 远距离低功耗 | 1~5 km、空旷区 | 电池 5~10 年 |
| NB-IoT | 运营商网络广域 | 免自建基站 | 电池 5~10 年 |
| 4G / 5G | 云平台集中监控 | 实时性好 | 外供电 |
| Wi-Fi / 蓝牙 | 现场调试 | 便携调试工具 | 短距离 |
SELECTION GUIDE
选型指南与故障排查
8.1 9 步选型流程
/External-mountedLevelMeter第12页技术总结技术文档·选型手册外贴式液位计/External-mountedLevelMeter第13页技术总结
选型指南与故障排查 · 步骤 / 内容对照查阅
| 步骤 | 内容 | 关键判断 |
|---|---|---|
| 1 | 明确罐体材质 | 金属 / 塑料 / 玻璃 / 玻璃钢 |
| 2 | 明确罐壁厚度 | ≤ 30 mm 钢 / ≤ 50 mm 塑料 |
| 3 | 确定量程 | 探头安装高度到罐底 = 量程 |
| 4 | 确定介质与温度 | 强腐蚀 → 选 316L + PTFE |
| 5 | 确定精度要求 | 过程 ±0.5%FS / 贸易 ±0.1%FS |
| 6 | 确定通信方式 | 有线 HART / 无线 NB-IoT / LoRa |
| 7 | 确定供电方式 | 24V 有线 / 电池 / 太阳能 |
| 8 | 确定防爆 / 防护 | Ex d / Ex ia + IP66/67 |
| 9 | 评估安装条件 | 罐外空间、罐壁状况 |
| 序号 | 注意事项 | 原因 |
| 1 | 清除罐壁油漆 / 锈蚀 / 灰尘 | 保证声波 / 雷达耦合 |
| 2 | 探头与罐壁涂抹超声耦合剂 | 减少声阻抗失配损失 |
| 3 | 避开罐壁加强筋 / 焊缝 | 防止声波散射干扰 |
| 4 | 金属罐首选外贴超声 | 雷达波无法透金属 |
| 5 | 塑料罐首选外贴雷达 | 透塑料性能更佳 |
| 6 | 探头距罐顶 ≥ 50 mm | 避免顶部干扰 |
| 7 | 远离强电磁干扰源 | 保证信号质量 |
| 8 | 磁吸式吸附后需检查牢固 | 防止脱落失效 |
| 9 | 露天安装加防护罩 | 防紫外线、防雨雪 |
| 10 | 调试时观察回波曲线 | 确认首波与液面波清晰 |
| 故障现象 | 可能原因 | 处理措施 |
| 显示无液位 | 探头未贴紧 / 耦合剂不足 | 重新涂耦合剂、贴紧 |
| 测量值跳变 | 罐壁结垢 / 油漆影响 | 打磨罐壁、重新安装 |
| 测量值偏低 | 罐壁厚度误差 / 声速偏差 | 重新标定罐壁参数 |
选型指南与故障排查 · 故障现象 / 可能原因对照查阅
| 故障现象 | 可能原因 | 处理措施 |
|---|---|---|
| 测量值偏高 | 底部干扰物误识别 | 设置底部屏蔽 |
| 显示无信号 | 耦合剂失效 / 探头损坏 | 加涂耦合剂 / 更换探头 |
| 电流恒定 4 mA | 仪表低故障报警 | 检查 HART 故障代码 |
| 电流恒定 20 mA | 仪表高故障报警 | 检查量程、回波信号 |
| 无线通信中断 | 电池没电 / 运营商信号弱 | 更换电池 / 加装天线 |
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