差壓式液位計概述

差壓式液位計（differential pressure type level gauge）是利用液柱產生的壓力來測量液位的高度的儀表，在液位發生變化后，高壓側法蘭處膜片所接收到的壓力就會隨之變化，變送器計算出的壓差值也會隨之發生變化，它們之間有線性的關系。通常情況下高壓側（H側）與低壓側（L側）不能裝反，一般H側裝于設備低處，L側裝于設備高處。安裝前設備法蘭面應清理干凈，墊片不能放偏，以免膜片被戳破或者形變導致變送器失真。

變送器根據測量范圍可分成一般壓力變送器（0.001MPa～35MPa）和微差壓變送器（0～1.5kPa），負壓變送器三種，從精度角度來分類的話，因為我們國家標的精度就為0.5%.所以近年來又可以分為高精度壓力變送器（0.1%或0.2%或0.075%）和一般壓力變送器（0.5%）。如果液相密度變化較大，則不宜采用差壓式液位計。

一、差壓式液位計的結構及工作原理

雙法蘭差壓變送器結構：主要部件為傳感器模塊、電子元件外殼、毛細管、高低壓側法蘭及膜片。傳感器模塊包括充油傳感器系統（隔離膜、充油系統和傳感器）以及傳感器電子元件。

差壓式液位計工作原理：將一個空間用敏感元件（多用膜盒）分割成兩個腔室，分別向兩個腔室引入壓力時，傳感器在兩方壓力共同作用下產生位移（或位移的趨勢），這個位移量和兩個腔室壓力差（差壓）成正比，將這種位移轉換成可以反映差壓大小的標準信號（4-20mADC信號）輸出，毛細管、導壓管、填充液的作用是將所接收到的壓力傳遞給變送器內部進行運算。

差壓變送器所測量的結果是壓強差，即△P=ρg△h。桶槽一般是圓柱形，圓柱形截面積S是不變的。在溫度變化時，介質體積膨脹或縮小，實際液位也會升高或降低，但變送器所檢測到的壓力始終是保持不變的。如果需要顯示實際液位，也可以在DCS系統引入介質溫壓補償予以解決。

二、差壓式液位計的種類及應用

差壓變送器有普通差壓變送器和微差壓變送器，根據外形結構可分為：單法蘭式差壓液位計、雙法蘭式差壓液位計、平衡容器式差壓液位計。

1、單法蘭式差壓液位計：單法蘭液位變送器可對各種敞口容器進行液位、密度的測量，有平法蘭和插入式法蘭兩種，它可以直接安裝在管道或容器的法蘭上。由于隔離膜片直接與液體介質相接觸，無須將正壓側用導壓管引出，因此可以測量高溫、高粘度、易結晶、易沉淀和強腐蝕等介質的液位、壓力和密度。

與雙法蘭式差壓液位計的區別：

1、從原理上說：都是差壓變送器+法蘭導壓；

2、從結構上說：單法蘭液位變送器是只有1個法蘭膜盒聯通高壓側，低壓側通大氣，雙法蘭液位變送器是高低壓側分別通過充油毛細管和兩個法蘭膜盒相連（也有1根毛細管的情況，下面裝單法蘭變送器、從單法蘭變送器低壓側引出1根毛細管到上法蘭膜盒）；

3、從工程應用來說：都只能測固定密度液體液位，單法蘭變送器只能用于與大氣想通的常壓設備的液位，而雙法蘭變送器則可以適用密閉設備釜罐測液位；

4、從經濟性來說，雙法蘭肯定是比單法蘭貴，畢竟多了1個法蘭膜盒和毛細管。

2、雙法蘭式差壓液位計：

雙法蘭差壓液位計是測量變送器高低壓側之差的儀表，輸出標準信號給DCS或PLC等系統。它與一般的壓力變送器不同的是它有2個壓力接口， 差壓變送器一般分為正壓端和負壓端，通常情況下，差壓變送器正壓端的壓力應大于負壓端才能測量。

雙法蘭式液位變送器是使用毛細管法蘭變送器進行測量，它相當于將變送器測量元件中的隔離膜片延長到設備開口處，可以有效的消除粘稠、腐蝕或存在嚴重相變的介質對測量帶來的影響。

變送器的“硅油”

我們一般在選擇單、雙法蘭壓力、差壓變送器時，主要是根據操作溫度來選擇膜片的硅油類型，根據操作壓力來選擇膜片連接法蘭的磅級、連接形式。但是，很多選型人員總是忽略硅油選型不止以操作溫度為依據，還要注意操作壓力對于硅油允許范圍的影響。

從下面三家國際知名品牌的硅油技術數據表中，我們可以看到，不同廠家硅油在不用操作壓力范圍下，允許的溫度范圍也不相同。

對于常壓工況，普通硅油都可以滿足要求；

在溫度超過操作溫度超過190℃的正壓工況，就需要考慮選擇標號較高的硅油；

對于超過250℃的常壓工況，需要考慮高溫硅油；在負壓或者真空，并且操作溫度超過190℃的工況，就需要特別注意了。

對于操作溫度超過300℃的工況，我們一般不建議使用法蘭膜片測量的方式，無論是可修理式焊接還是全焊接式。

工藝溫度超過300℃，就會引起硅油膨脹，當超過硅油的汽化點，硅油就發生蒸發。可考慮導壓管或者磁致伸縮液位計。

對于真空高溫應用場合，不推薦使用毛細管遠傳方式。因為毛細管會隨環境溫度的升高，而引起變送器的響應時間延遲。建議使用全焊接直連法蘭型。

如果是190℃以內的真空和負壓的工況下，選用毛細管在安裝時，必須保證變送器去最低取壓點位置在同一水平或低于最低取壓點。在選型時要注意，毛細管長度要大于上下法蘭間距至少1米。

硅油密度會隨著環境溫度的變化而變化，熱脹冷縮也會引起膜盒作用力的變化，引起雙法蘭的測量誤差，比如冬天中午和晚上溫差很大，相對的誤差就較大，艾默生由此提出不等長毛細管補償方案，不過還是建議等長配置。如果采用不等長配置，必須精確計算，否則可能帶來更大的誤差。

3、平衡容器式差壓液位計：

平衡容器式差壓液位計主要是由平衡容器（又稱為水位差壓轉換置）、壓力信號導管和差壓變送器三部分組成。平衡容器是作為測量汽水管路中的壓力用的.采用平衡容器為了防止壓力突變時導致引壓管內的液柱隨之波動，減小其測量水位時的誤差。

平衡容器分為單室平衡容器和雙室平衡容器。單室平衡容器本身沒有自我補償能力。雙室平衡容器是一種結構巧妙，具有一定自我補償能力的水位測量裝置。在基準杯的上方有一個圓環形漏斗結構將整個雙室平衡容器分隔成上下兩個部分，為了區別于單室平衡容器，故稱為雙室平衡容器。

單室：

單室平衡容器，其水面高度L是一定的，當水面要增高時，水便通過汽側連通管溢流入密閉容器；要降低時，由蒸汽冷凝水來補充。因此當平衡容器中的水密度一定時，正壓管壓力為定值，負壓管與密閉容器連通的，輸出壓力的變化反映了容器內水位的變化。

現在單室平衡容器用的比較多，它把壓力與密度的關系、溫度與密度的關系等計算公式寫入DCS系統，溫度和壓力變化后，由壓力變送器、溫度變送器把信號傳入DCS系統，系統會自動計算水位變化。測量前應根據所測介質的性質，把平衡容器的堵頭拆開，灌入冷水或其他液體作為隔離液。單室的平衡容器一般用來測量大型鍋爐的汽包液位或者壓力變化很大的容器。

雙室：

雙室平衡容器由內外兩層容室構成，平衡器的外層容室與鍋爐汽包的蒸汽相連且充滿了冷凝水；內層容室經平衡容器下側導壓管與鍋爐汽包的水相連，使用的是連通器原理，所以內層容室水位高度隨汽包水位而變化。這樣結構的雙層容器保證了外層容室的水溫基本相等，因而可以減少由于溫度不同所產生的測量誤差。當水面高于平衡器上端導壓管時，水經導壓管流入鍋爐汽包，使外層容室水位高度始終保持不變。內層容室經平衡器下側導壓管與鍋爐汽包水位相連，其水位高度隨汽包的水位變化而變化。如果蒸汽的壓力、溫度參數恒定時，差壓變送器的輸出信號僅與鍋爐汽包的水位有關。

雙室平衡容器機械的部分補償了壓力對水位測量的影響，在零水位及額定工況下較準確，當偏離零水位或額定壓力時，往往出現過補償和欠補償。所以雙室平衡容器一般用來測小型鍋爐的汽包液位或者本身壓力變化不大的容器。

三、儀表防腐措施

儀表防腐措施：

在石油及化工行業，企業生產過程中產生出大量腐蝕物質。工藝過程使用的檢測儀表腐蝕現象嚴重，進而大大降低了儀表使用壽命。

在實際生產過程中，腐蝕原因的存在，造成儀表故障率頻繁發生。企業通過經常更換儀表，來保證生產設備的正常運行，從而增加了企業運營及維護成本。化工行業應用廣泛使用的防腐方法有：隔離法、防腐材料法、研制防腐傳感器、安裝耐腐閥門等，其中隔離方法是最常用的。

氣體隔離法：氣體隔離的原理是在檢測點與儀表檢測元件之間的導壓管內充滿空氣，避免檢測的壓力介質直接與儀表接觸，保護儀表不會被高壓力的被測介質損壞。氣體隔離法也叫注氣保護法，在采用壓力變送器對低壓力或絕對壓力測量時采用。檢測點的壓力變化由導壓管內的空氣傳感到儀表變送器內，經儀表敏感元件檢測得到結果。

液體隔離法：測量氯化氫氣、氧化氮氣、氯氣等介質時，用全氟三丁胺或者其它的隔離液充灌在隔離罐內，將腐蝕介質與檢測儀表的金屬零部件隔離起來。液體隔離法存在著一些弊端，比如增加液封就會出現液封介質，被測介質可能與液封介質之間發生化學反應，從而出現新的腐蝕問題降低隔離效果。同時市場上隔離液價格普遍較貴、充灌方法麻煩、防腐效果并不好，在實際應用中液體隔離法并沒有大量應用。

膜片隔離：由于聚四氟乙烯有高潤滑、耐高低溫、耐氣候老化、耐腐蝕、不粘附、張力小、摩擦系數低的特點，對多數化學溶劑和藥品有抵抗能力。因此，化工儀表的防腐隔離膜片由聚四氟乙烯構成。具體應用方法是，用聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯膜片粘附或噴涂在壓力變送器的波紋管上或壓力表彈簧管上，使得腐蝕介質、傳感元件相隔離達到防腐目的。

每種隔離液的相對密度、粘度、蒸汽壓、沸點、凝固點、閃點、性質和用途都是不一樣的。根據所測介質的物理性質及化學性質選擇隔離液是非常重要的。選擇不合適的隔離液，輕則污染所測介質，重則引發事故造成財產損失及人員傷亡。

排除介質與隔離液的化學反應，同一種介質在我國南方與北方所選擇的隔離液也會有很大差別。比如北方的冬季氣溫可降至零下15度以上，南方最低氣溫不到0度。在偏冷地區，應選擇具備防凍能力的隔離液，最好以本地區歷年來最低溫度為基準，另外再留有裕度。偏冷地區差壓變送器安裝時導壓管越短越好，另外根據需要對導壓管加保溫層。

對于易凍的儀表就要想辦法加蒸汽伴熱或者電伴熱，但是要保證伴熱蒸汽量和壓力，電伴熱在易燃易爆區域要考慮防爆。除此之外要加強巡檢，保證對每顆儀表的運行狀態都能做到心中有數。

在受高溫介質的影響下會導致隔離液蒸發或者揮發導致變送器差壓值的失真，除此之外隔離液受低溫介質的影響會凝固或結晶，壓力無法正常傳遞給變送器。所以選擇合適的隔離液尤為重要。下表為常用隔離液的性質及用途。

審核編輯：湯梓紅