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第二部分

一、差压液位计概述

差压式液位计是利用液柱产生的压力来测量液位高度的仪表。 液位变化后，高压侧法兰处膜片所接受的压力会相应变化，变送器计算出的输出压差也会相应变化，它们之间呈线性关系。 通常，高压侧（H 侧）和低压侧（L 侧）不能装反。 一般H侧安装在设备的下部，L侧安装在设备的上部。

变送器按测量范围可分为通用压力变送器（0.001MPa～35MPa）和差压变送器（0～1.5kPa）和负压变送器。 从精度上看，一般压力变送器的精度等级为0.5级。 因此，近年来可分为高精度压力变送器（0.1或0.2或0.075）。

如果液相密度变化较大，则不宜使用差压式液位计。

二、差压式液位计的结构及工作原理

1、双法兰差压变送器结构：主要部件有传感器模块、电子元件外壳、毛细管、高低压侧法兰和膜片。

2、差压式液位计的工作原理：用一个敏感元件（多用膜盒）将一个空间分成两个腔室，当两个腔室通入压力时，传感器在共同作用下发生位移的两种压力。 该位移与两个腔室的压力差（压差）成正比。 将此位移转换成能反映压差的标准信号（4-20mADC信号）输出。 毛细管、导压管和填充液的作用是将接收到的压力传递给变送器进行计算。 差压变送器测量的结果就是压差，即△P=ρg△h。

三、差压液位计的种类及应用

差压变送器包括普通差压变送器和微差压变送器。 按外形结构可分为：单法兰式差压液位计、双法兰式差压液位计、平衡容器式差压液位计。

1、单法兰差压液位计：单法兰液位变送器可测量各种开口容器的液位。 有平法兰和插入式法兰两种。 在法兰上。 可测量高温、高粘度、易结晶、易沉淀、强腐蚀介质的液位、压力和密度。

与双法兰差压液位计的区别： 从工程应用的角度：两者都只能测量定密度液体的液位，单法兰变送器只能用于常压设备的液位. ，而双法兰变送器可用于封闭设备测量液位；

2、双法兰差压液位计：双法兰液位变送器采用毛细管法兰变送器进行测量，相当于将变送器测量元件中的隔离膜片延伸到装置的开口处，可以有效消除粘性、腐蚀性或剧烈相变介质对测量的影响。

三、变送器毛细管中“硅油”的常识

对于工作温度超过300℃的工况，我们一般不推荐使用法兰膜片测量方式。

如果工艺温度超过300℃，硅油会膨胀，超过硅油的汽化点，硅油就会蒸发。 可考虑导压管或磁致伸缩液位计。

对于真空和高温应用，不建议使用毛细管远程传输。 因为毛细管会随着环境温度的升高而升高，变送器的响应时间会延迟。

如果是190℃以内的真空负压工况，在选择安装毛细管时法兰式液位变送器，必须保证变送器到最低压力点的位置与最低压力点处于同一水平面或低于最低压力点。 选型时应注意毛细管的长度应至少比上下法兰之间的距离长1米。

硅油的密度会随着环境温度的变化而变化，热胀冷缩也会引起波纹管受力的变化，造成双法兰测量误差。 比如冬天中午和晚上的温差就很大，相对误差就比较大。 艾默生因此提出了不等长的毛细管补偿方案。 如果采用不等长配置，必须准确计算，否则可能会造成较大的误差。

4、平衡容器式差压液位计：

平衡容器式差压液位计主要由平衡容器、导压管和差压变送器三部分组成。 平衡容器用于测量汽水管路中的压力。 平衡容器用于防止压力突然变化时压力管道内的液柱发生波动，以减少其测量水位时的误差。

4.1 单人间：

单室平衡容器的水面高度L是恒定的。 当水位升高时，水通过蒸汽侧连接管溢流到密闭容器中； 当它减少时，它由蒸汽冷凝水补充。 因此，当平衡容器内的水密度一定时，正压管的压力为一个恒定值，而负压管与密闭容器相连，输出压力的变化反映了水的变化容器中的水平。

现在单室天平容器被广泛使用。 它将压力与密度、温度与密度关系的计算公式写入DCS系统。 温度和压力变化后，信号由压力变送器和温度变送器传送。 进入DCS系统，系统会自动计算水位变化。 测量前，应根据被测介质的性质，将天平容器的塞子取下，倒入冷水或其他液体作为隔离物。 单室平衡容器一般用于测量大型锅炉或压力变化较大的容器的汽包液位。

4.2 双室：

双室平衡容器由内外两个室组成。 平衡器的外腔与锅炉汽包的蒸汽相连，并充满冷凝水； 连接，利用连接装置的原理，使内腔水位随汽包水位的变化而变化。 这种结构的双层容器保证了外腔内的水温基本相等，从而减少了温差带来的测量误差。 当水位高于平衡器上端（外层）导压管时，水通过导压管流入锅炉汽包，使外腔水位保持恒定。 内腔通过平衡器下侧导压管与汽包水位相连，其水位随汽包水位变化而变化。 如果蒸汽压力和温度参数一定，差压变送器的输出信号只与汽包水位有关。

双室平衡容器一般用于小型锅炉或压力变化不大的容器的汽包液位测量。

4. 零迁移

所谓零点偏移是为了克服变送器取压口与容器取压口不在同一水平面上或采取隔离措施后造成的零点偏移而采取的技术措施。在差压液位计安装过程中拍摄。 .

仪表在施工过程中，由于考虑到设备的安装位置、维护的方便性和技术人员的操作，变送器不一定总是与压力点在同一水平面上；

又如被测介质为强腐蚀性或大粘度液体，不能将介质直接引入变送器。 必须安装隔离液罐，用隔离液传递压力信号法兰式液位变送器，防止被测仪器被腐蚀。 这时需要考虑被测介质和隔离液柱对压力测量仪表读数的影响。

为了消除安装位置或隔离液对压力测量仪表读数的影响，需要进行零点偏移。 使用差压变送器应注意可用量程，包括硅油迁移量，尤其是小量程差压变送器。 零点迁移可分为三类：无迁移、负迁移和正迁移。

没有迁移的例子：

差压液位计测量液体在变送器正负压腔内产生的压差。 若变送器正负压室与容器受压点在同一水平面上，则H=0，ΔP=0； 即ΔP=Ppositive-Pnegative=ρgH，压力会随着液位的升高而线性变化。

如储罐内液体密度为1.2，液位浮动在0-4m范围内，求变送器量程。

解：根据公式：ΔP=Ppositive-Pnegative=ρgH

液面满时：P1=1.2×9.8×4=47.06Kpa

空液位时：P1=1.2×9.8×0=0Kpa

满/空液位时：P2=0Kpa

变送器量程为：0-47.06Kpa

正向迁移示例：

当差压变送器在液位参考液位以下h时，此时需要正迁移。

如储罐内液体密度为1.2，液位H浮动在0-4m范围内，h为1m，求变送器量程。

解：根据公式：ΔP=Ppositive-Pnegative=ρgH

低压侧P2：默认为0，因为它与大气相连

高压侧P1：P1=ρg(H+h)

液面满时：P1=1.2×9.8×(4+1)=58.8Kpa

空液位时：P1=1.2×9.8×(0+1)=11.76Kpa

变送器量程为：11.76-58.8Kpa

结论：本变送器零点正向偏移的原因是当液位为0时，变送器正压侧仍有11.76Kpa的液位压力。

负迁移示例：

在图中所示的液位测量系统中，气相导压管内充满的不是气体而是冷凝水（其密度约等于容器中水的密度）。

如储罐中水的密度为1.0，液位H在0-2m范围内浮动，H0为2.5m，求变送器量程。

解：根据公式：ΔP=Ppositive-Pnegative=ρgH

低压侧P2：P2=ρgH0

高压侧P1：P1=ρgH

低压侧满液面时：P2=1.0×9.8×2.5=24.5Kpa

低压侧为空时：P2=1.0×9.8×2.5=24.5Kpa

高压侧满液面时：P1=1.0×9.8×2=19.6Kpa

高压侧空载时：P1=1.0×9.8×0=0Kpa

根据公式：ΔP=P正-P负

液面满时：ΔP=19.6-24.5=-4.9Kpa

空液位时：ΔP=0-24.5=-24.5Kpa

变送器量程为：-24.5～-4.9Kpa

结论：本变送器零点负迁移的原因是当液位为0时，变送器负压侧仍有-24.5Kpa的液位压力。

综上所述：当液位为0时，变送器需要在ΔP>0时正向移动，当ΔP<0时需要向负向移动，当ΔP=0时变送器不做任何移动.

变送器安装位置不同对液位的影响

A：双法兰液位计安装在密闭容器下端法兰水平线以下，变送器安装在密闭容器下端法兰水平线以下，如下图.

假设ρ为介质密度=1.5，ρ0为硅油密度=0.93，H0为介质范围0-5m，H1=1m，H2=6m，求变送器的范围。

解开：

量程：ΔP=ρ*g×H0=1.5×9.8×5=73.5Kpa

高压侧空液位压力：P(+)=ρ0×g×H1=0.93×9.8×1=9.114Kpa

低压侧空液位压力：P(-)=ρ0×g×H2=0.93×9.8×6=54.684Kpa

空液位压差：ΔP=P(+)-P(-)=9.114-54.684=-45.57Kpa

满液位压差：ΔP=空液位压差ΔP+量程值ΔP=-45.57+73.5=27.93Kpa

变送器量程为：-45.57～27.93Kpa

B：双法兰液位计安装在密闭容器法兰水平线的中间，变送器安装在密闭容器高低端法兰水平线的中间，如下图所示。

假设ρ为介质密度=1.5，ρ0为硅油密度=0.93，H0为介质范围0-5m，H1=2m，H2=3m，求变送器的范围。

解开：

量程：ΔP=ρ*g×H0=1.5×9.8×5=73.5Kpa

高压侧空液位压力：P(+)=ρ0×g×-H1=0.93×9.8×-2=-18.228Kpa

低压侧空液位压力：P(-)=ρ0×g×H2=0.93×9.8×3=27.342Kpa

空液位压差：ΔP=P(+)-P(-)=-18.228-27.342=-45.57Kpa

满液位压差：ΔP=空液位压差ΔP+量程值ΔP=-45.57+73.5=27.93Kpa

变送器量程为：-45.57～27.93Kpa

C：双法兰差压变送器安装在密闭容器高端法兰水平线以上，如下图所示。

假设ρ为介质密度=1.5，ρ0为硅油密度=0.93，H0为介质范围0-5m，H1=6m，H2=1m，求变送器的范围。

解开：

量程：ΔP=ρ*g×H0=1.5×9.8×5=73.5Kpa

高压侧空液位压力：P(+)=ρ0×g×(-H1)=0.93×9.8×-6=-54.684Kpa

低压侧空液位压力：P(-)=ρ0×g×(-H2)=0.93×9.8×-1=-9.114Kpa

空液位压差：ΔP=P(+)-P(-)=-54.684-(-9.114)=-45.57Kpa

满液位压差：ΔP=空液位压差ΔP+量程值ΔP=-45.57+73.5=27.93Kpa

变送器量程为：-45.57～27.93Kpa

结论：由以上计算可以得出，无论双法兰液位变送器安装在什么位置，其量程和零点偏移都是一样的。 实际安装推荐第一种安装方式。 另外两种方法都有可能造成硅油倒流造成膜盒鼓包损坏变送器。