差压式液位计

差压式液位计主要用于密闭有压容器的液位测量。由式 (6－1) 可知，由于容器内气相压力对p B点的压力有影响，因此只能用差压计测量气、液两相之间的差压值来得知液位高低。由测量原理可知，凡是能够测量差压的仪表都可以用于密闭容器液位的测量。实际生产中，应用最多的是电容式差压变送器。

(一) 零点迁移问题

采用差压式液位计测量液位时，由于安装位置不同，一般情况下均会存在零点迁移的问题，下面分无迁移、正迁移和负迁移3种情况进行讨论。

(二) 无迁移

如图6－10 (a) 所示，被测介质粘度较小，无腐蚀、无结晶，并且气相部分不冷凝，变送器安装高度与容器下部取压位置在同一高度。

图6－10 差压变送器测量时的安装情况

将差压变送器的正、负压室分别与容器下部和上部的取压p1、p2相连接，如果被测液体的密度为ρ，则作用于差压变送器正、负压室的差压为

Δp=p1－p2=Hρg (6－17)

当液体由H=0变化到最高液位H=Hmax时，由Δp零变化到最大差压Δpmax，变送器对应的输出为4～20mA。假设对应液位变化所要求的变送器量程Δp为5000Pa，则变送器的特性曲线如图6－11中a所示，称为无迁移。

图6－11 无迁移、正迁移和负迁移示意图

(三) 正迁移

实际测量中，变送器的安装位置往往不与容器下部的取压位置同高，如图6－10 (b)所示，被测介质也是黏度较小、无腐蚀、无结晶，并且气相部分不冷凝，变送器安装高度与容器下部取压位置在同一高度，但下部取压位置低于测量下限的距离为h。这时液位高度H与压差Δp之间的关系式为

Δp=Hρg+hρg (6－18)

由式 (6－18) 可知，当H=0时，Δp=hρg＞0，并且为常数项，作用于变送器使其输出大于4mA; 当H=Hmax时，最大压差Δpmax=Hmaxρg+hρg，使变送器输出大于20mA。这时可以通过调整变送器的迁移弹簧17 (图6－11)，使变送器在H=0、Δp=hρg时，其输出为4mA。变送器的量程仍然为Hmaxρg，当H=Hmax、Δpmax=Hmaxρg+hρg时，变送器的输出为20mA，从而实现了变送器输出与液位之间的正常对应关系。

假设变送器量程仍然为5000Pa，而hρg=2000Pa，则当H=0时，Δp=2000Pa，调整变送器的迁移弹簧，使变送器输出为4mA; 当H=Hmax时，Δpmax=5000+2000=7000Pa，变送器的输出应为20mA。变送器的特性曲线如图6－11中曲线b所示，由于调整的压差Δp是大于零 (作用于正压室) 的附加静压，则称为正迁移。

(四) 负迁移

有些介质对仪表会产生腐蚀作用，或者气相部分会产生冷凝使导管内的凝液随时间而变，这些情况下，往往采用在正、负压室与取压点之间分别安装隔离罐或冷凝罐的方法。因此，负压侧引压导管也有一个附加的静压作用于变送器，使得被测液位H=0时，压差不等于零。为了讨论方便，仅以某一种安装情况进行讨论，如图6－10 (c)所示。变送器安装高度与容器下部取压位置处在同一高度，但由于气相介质容易冷凝，而且冷凝液高度随时间而变，则可以事先将负压导管充满被测液体，则此时液位H与压差Δp之间的关系式为

Δp=Hρg+hρg (6－19)

由式 (6－19) 可知，当H=0时，Δp=－hρg＜0，作用于变送器会使其输出小于4mA; 当H=Hmax时，最大压差Δpmax=Hmaxρg－hρg，使变送器输出小于20mA。这时可以通过调整变送器的迁移弹簧17 (图6－11)，使用变送器在H=0、Δp=－hρg时，其输出为4mA，变送器的量程仍然为Hmaxρg，当H=Hmax、Δpmax=Hmaxρg－hρg时，变送器的输出为20mA，从而实现了变送器输出与液位之间的正常对应关系。

仍假设变送器的量程为5000Pa，而且hρg=7000Pa，则当H=0时，Δp=－7000Pa，调整变送器的迁移弹簧，使变送器输出为4mA; 当H=Hmax时，Δpmax=5000－7000=－2000Pa，变送器的输出应为20mA。变送器的特性曲线如图6－11中曲线c所示，由于调整的压差Δp是小于零 (作用于负压室) 的附加静压，则称为负迁移。

上述可知，正、负迁移的实质是通过迁移弹簧改变差压变送器的零点，使得被测液位为零时，变送器的输出为起始值 (4mA)，因此称为零点迁移。它仅仅改变了变送器测量范围的上、下限，而量程的大小不会改变。

需要注意的是并非所有的差压变送器都带有迁移作用，实际测量中，由于变送器的安装高度不同，会存在正迁移或负迁移的问题。在选用差压式液位计时，应在差压变送器的规格中注明是否带有正、负迁移装置并要注明迁移量的大小。

◇习题六◇

一、选择题

1. 物位测量仪表是指对物位进行 ( ) 的自动化仪表。

A. 测量 B. 报警 C. 测量和报警 D. 测量、报警和自动调节

2. 物位是指 ( )。

A. 液位 B. 料位 C. 界位 D. 以上都是

3. 按 ( ) 区分，物位测量仪表可分为直读式、浮力式、静压式、电磁式、声波式等。

A. 工作原理 B. 仪表结构 C. 仪表性能 D. 工作性质

4. 玻璃液位计是以 ( ) 原理为基础的液位计。

A. 连通器 B. 静压平衡 C. 毛细现象 D. 能量守恒

5. 当被测容器内的介质温度高于玻璃液位计中的介质温度时，液位计的示值( )。

A. 偏高 B. 偏低 C. 不变 D. 以上都有可能

6. 透光式玻璃板液位计适于测量 ( ) 的介质的液位。

A. 色泽较深、粘度较小 B. 色泽较深、粘度大

C. 粘度较小且清洁 D. 以上都不对

7. 静压式液位计是根据流体 ( ) 原理工作的，它可分为压力式和差压式两大类。

A. 静压平衡 B. 动压平衡 C. 能量守恒 D. 动量平衡

8. 吹气式液位计测量液位的前提条件是使导管下端有 ( ) 气泡逸出。

A. 大量 B. 少量 C. 微量 D. 没有

9. 用吹气法测量液位时，液位上升时 ( )。

A. 导压管口的静压力升高，因而从导管中逸出的气泡数随之增多

B. 导压管口的静压力降低，因而从导管中逸出的气泡数随之增多

C. 导压管口的静压力升高，因而从导管中逸出的气泡数随之减少

D. 导压管口的静压力降低，因而从导管中逸出的气泡数随之减少

10. 用差压法测量容器液位时，液位的高低取决于 ( )。

A. 压力差和容器截面

B. 压力差和介质密度

C. 压力差、容器截面和介质密度

D. 压力差、介质密度和取压点位置

11. 用双法兰液面计测量容器液位，液面计的零点和量程均已校正好，后因维护需要，仪表的安装位置上移了一段距离，则液面计 ( )。

A. 零点上升、量程不变 B. 零点下降、量程不变

C. 零点不变、量程增大 D. 零点和量程都不变

12. 测量液位用的差压计，其量程与介质密度和封液密度的关系是 ( )。

A. 量程由介质密度决定，与封液密度无关

B. 量程由介质密度决定，与封液密度有关

C. 量程与介质密度和封液密度都有关

D. 量程与介质密度和封液密度都无关

13. 下列工况下，不能用单法兰液面计的是 ( )。

A. 敞口罐 B. 常压容器 C. 氨罐 D. 原油储罐

14. 用单法兰液位计测量敞口容器液位，液面计已校好，后因维护需要，仪表位置下移了一段距离，则仪表指示 ( )。

A. 不变 B. 上升 C. 下降 D. 无法确定

15. 用单法兰液面计测量敞口容器液位，液面计已校好，后因维护需要，仪表位置上移了一段距离，则仪表的指示 ( )。

A. 下降 B. 上升

C. 不变 D. 无法确定

16. 浮力式液位计按工作原理可分为 ( )。

A. 浮筒式液位计和浮球式液位计

B. 浮筒式液位计和浮标式液位计

C. 恒浮力式液位计和变浮力式液位计

D. 翻板液位计和浮子钢带液位计

17. 恒浮力式液位计是根据 ( ) 随液位的变化而变化来进行液位测量的。

A. 浮子 (浮球、浮标) 的位置 B. 浮筒的浮力

C. 浮子的浮力 D. 浮筒的位置

二、简答分析

1. 浮筒液位计的校验方法有哪几种?

2. 影响浮子钢带液位计测量精度的因素有哪些? 如何提高其精度?

3. 翻板液位计的翻板是由什么材质制造? 它是怎样工作的?