5.3　差压式液位计

差压式液位计是石油、化工和石化生产过程中应用十分广泛的液位测量仪表，其特点是结构简单、精确度高、线性化，便于安装与维护，易于组合成控制系统，用于连续或间歇生产过程的塔、罐、槽等容器的液位的连续测量和界位测量。

5.3.1　工作原理及零点迁移

如图1-5-8（a）所示，当液面下降到 H 0 液层处（ h =0）时， H 0 液层的压力 p A 等于容器内的气体压力 p 气 。当 h >0时， p A 液层压力值如下式：

p A = hρ + p 气 （1-5-3）

式中 p A ——液体 H 0 液层的压力；

h —— H 0 液层面与液面之间的垂直距离；

ρ ——液体介质密度；

p 气 ——罐内气体压力。

液体介质密度是较稳定的参数，生产过程中的罐内液面高度 h 和罐内气体压力 p 气 均为变量，为了获取仅与液面位置 h 变化相关的压力 p A ，必须消除气体压力 p 气 的变化对 p A 的影响，采用差压法即可抵消 p 气 对 p A 的影响，如图1-5-8（b）所示。

差压法检测液位是将差压液位计的高压室（+）接口与 H 0 液层面相连通，低压室（-）接口与罐顶气体空间相连通。差压液位计的高、低压室之间用弹性隔膜（波纹膜片）分隔成两室，隔膜片受到两个不同方向压力的推动产生形变，膜片的形变程度与“+”、“-”压室之间的压力差值（即Δ p = p + - p - ）有关，膜片中间部位设有传感元件，膜片的形变使传感元件的相关物理参数发生变化。由式（1-5-3）得，

Δ p = p + - p - = hρ + p 气 - p 气 = hρ （1-5-4）

从式（1-5-4）可知，差压式液位计所感受到的压差与液面高度 h 有关，从而消除掉气体压力 p 气 对检测结果的影响。

对于开口容器液位测量比较简单，只要将差压液位计高压室与容器下部接口连接，低压室与大气相通，同样对大气压变化的影响进行补偿。

差压法检测液位的仪表，常用的有差压式液位计和差压变送器。对于被测介质具有腐蚀性、黏度大、易结晶、低凝固点液体，可采用双法兰式差压变送器。差压式测量液位安装，经常涉及差压计、差压变送器安装标高问题。如果工艺设备或容器安装的位置比较高，按图1-5-9将差压变送器“+”压室接口与容器下法兰中心处于同一标高安装，可能不便于安装、维护和观察，应将差压计或差压变送器安装位置下移，移至便于安装、观测和维护的高度，如图1-5-10所示。由于安装标高的改变，当 h =0时，“+”压室和测量管内充满了液体，测量管内液柱静压作用于“+”压室。此外，如果容器内气体组分在环境温度下易凝为液滴，进入测量管内的气体在环境温度下液滴逐渐积累成液柱，液柱静压作用于“-”压室。上述两种情况，如果不采取措施，将会给液位测量产生较大影响。

为克服上述影响，必须在仪表校准工作中引入零位迁移。为进行零位迁移，通常安装时采取辅助措施。若气相介质不易凝液，可不设平衡容器。若气相介质易凝为液滴，则应设平衡容器，如图1-5-9所示。

从图1-5-9（b）分析，“+”压室所受到的压力 p 正 为

p 正 = p 气 +（ h + h 0 ） ρ 1 （1-5-5）

式中 ρ 1 ——被测容器内液体介质的密度；

h 0 ——差压变送器“+”压室接口中心至容器下接口中心之间的垂直距离；

h ——液面至容器下接口中心之间的垂直距离。

“-”压室所受到的压力 p 负 为

p 负 = p 气 + Hρ 2 （1-5-6）

式中 ρ 2 ——冷凝液平衡容器内充液介质的密度；

H ——平衡容器充液面至差压变送器的“-”压室中的垂直距离。

由式（1-5-5）和式（1-5-6）得

Δ p = p 正 - p 负 =（ h + h 0 ） ρ 1 - Hρ 2 （1-5-7）

当 h =0时，

Δ p = h 0 ρ 1 - Hρ 2 （1-5-8）

h 、 H 值可根据实际安装位置直接测量， ρ 1 、 ρ 2 也可从工艺参数数据表中查，式（1-5-8）中Δ p 为已知值，当 h 0 ρ 1 > Hρ 2 时，则Δ p >0；当 h 0 ρ 1 < Hρ 2 时，则Δ p <0。在 h =0的情况下，Δ p ≠0将影响到差压式仪表的输出示值。为消除 h =0时，Δ p ≠0对仪表示值（或输出特性）的影响，差压式仪表在设计制造时，在仪表结构上设置了零位正、负迁移调整机构，采用调整方法消除Δ p ≠0时对仪表零位输出产生的影响。

h =0时，当Δ p >0时，可调整正迁移机构，使差压式仪表的示值为零示值或零示值所对应的标准输出值（4mADC）。在 h =0的情况下，当Δ p <0时，则应调整负迁移机构，使差压式仪表示值或输出特性实现同样的目的。前者的零位调整称之为正迁移调整，后者的零位调整称之为负迁移调整。所迁移的量值简称为迁移量。

5.3.2　差压式液位变送器技术参数

表1-5-2为UMD-99系列差压式液位变送器技术参数。

5.3.3　差压式液位计安装

差压计或差压变送器测量液位时，仪表安装高度通常不应高于被测容器液位取压接口的下接口标高。安装位置应易于维护，便于观察，且靠近取压部件的位置。若选用双法兰式差压变送器测量液位，变送器安装位置只受毛细管长度的限制。毛细管的弯曲半径应大于50mm，且应对毛细管采取保护和绝热措施。对于腐蚀性介质，如果采用吹气法测量液位，差压变送器安装标高应高于工艺容器的上接口。

差压液位计应垂直安装，保持“+”、“-”压室标高一致。

差压液位计的“+”压室应与工艺容器的下接口相连，“-”压室与容器的上接口相连。如果被测介质为低沸点介质（如液氨、液氮、液空等），低沸点介质在环境温度下极易汽化，为输出信号和示值的稳定性，测量管道不宜过短，液位计安装位置应高于被测容器液位下取压接口。 j7GY3oF91xzuf0ttlNujB7/PLG8gYGK9ZE9OXe2WiVy/nTnTXaifXWwo34J55Um0