船舶液位遥测如何实现精准测量？-中国船舶网

什么是船舶液位遥测？

船舶液位遥测系统是一种能够实时、连续、自动地测量船舶上各种液舱（如燃油舱、淡水舱、压载水舱、滑油舱等）液位高度，并将测量数据远距离传输到驾驶台、机舱集控室等监控中心，并进行显示、记录和报警的系统。

它就是船员的“电子眼睛”，让他们无需爬上狭窄、危险的液舱顶部去人工测量，就能随时掌握船上宝贵的液体资源状况。

（图片来源网络，侵删）

任何遥测系统都遵循“感知 → 传输 → 处理”的基本原理，船舶液位遥测系统也不例外，主要由三大部分组成：传感器、变送器与信号传输系统、显示与报警单元。

这是系统的“感官”，负责直接与液体接触，将液位这一物理量转换成可以测量的电信号，根据工作原理的不同，常见的传感器有：

a) 浮子式传感器 这是最经典、最可靠、应用最广泛的一种。

原理：基于阿基米德浮力原理，一个或多个浮子随液位升降而上下移动，浮子通过一根磁力耦合的传动杆（或钢索）连接到舱顶的测量装置。
工作方式：
1. 浮子漂浮在液面上。
2. 液位变化,浮子随之移动。
3. 浮子内部的磁铁驱动舱顶测量装置内的磁簧开关或旋转电位器,产生相应的电信号（通常是电阻、电压或开关信号）。
优点：结构简单、坚固耐用、不受液体导电性或密度变化的影响、可靠性极高。
缺点：机械部件较多，在剧烈晃动的船舶上需要考虑防晃设计。

b) 压力式传感器

（图片来源网络，侵删）

原理：基于静水压力原理，液体的压力（P）与液位高度（h）成正比，关系为：P = ρ * g * h（ρ 是液体密度，g 是重力加速度）。
工作方式：
1. 一个压力传感器安装在液舱底部。
2. 传感器测量的是液体产生的静压。
3. 通过测量压力值,再结合已知的液体密度，就可以计算出液位高度。
优点：无移动部件，可靠性高，安装方便（只需在底部开一个接口）。
缺点：测量精度受液体密度变化的影响（温度变化会导致密度改变），需要进行温度补偿。

c) 超声波/雷达式传感器 这是现代船舶上越来越先进的技术，尤其适用于大型油轮和化学品船。

原理：
- 超声波：传感器向液面发射超声波脉冲，脉冲遇到液面后反射回来，传感器通过计算发射和接收之间的时间差来计算液位。
- 雷达：原理与超声波类似，但发射的是电磁波（雷达波），雷达波穿透性更强，受蒸汽、泡沫、温度变化的影响更小。
优点：非接触式测量，无机械磨损，精度高，适合测量腐蚀性强、粘度大的液体。
缺点：成本较高，超声波易受蒸汽和泡沫干扰。

d) 电容式传感器

传感器产生的原始信号（如微弱的电压、电阻变化）通常比较弱，且不适合长距离传输，变送器的作用就是：

常见的传输方式有：

（图片来源网络，侵删）

4-20mA 电流环：这是工业领域最经典的标准，液位从0%到100%对应电流从4mA到20mA，4mA代表零点，20mA代表满量程，这种方式的优点是抗干扰能力强，传输距离远，即使线路有损耗，也能准确测量电流值。
数字总线网络：这是现代船舶的主流趋势，所有液位传感器的数据通过一根总线电缆（如 CAN Bus, Modbus, NMEA 2000 等）连接到中央处理单元。
- 优点：布线简单（一根总线代替多根电缆），数据量大，精度高，易于扩展和系统集成，可以实现双向通信（不仅能读数据，还能远程诊断和设置）。

这是船员与系统交互的界面,通常位于驾驶台和机舱。

显示功能：
- 模拟显示：在屏幕上以图形化的方式（如液柱、仪表盘）直观地显示每个液舱的液位。
- 数字显示：直接显示具体的液位高度（米）、百分比（%）、或液体体积（立方米/吨）。
- 总览界面：显示全船所有液舱的液位状态。
报警功能：
- 当液位达到高/低报警值时，系统会发出声光报警。
- 当液位达到危险高/低值时，会触发更高级别的警报。
- 报警信息会明确指出是哪个舱、发生了什么报警，并记录报警时间和历史。

让我们用一个简单的流程来串联整个过程：

船舶液位遥测的原理是一个“感知-转换-传输-处理”的完整闭环，它从早期的纯机械浮子式，发展到如今以压力式和雷达式为主、数字总线网络为传输骨干的现代化系统，其核心目标是安全、高效、自动化地管理船舶液体资源，是现代船舶不可或缺的重要组成部分。