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摘要：差压式液位计设计与选型依据，介绍几种常用几种差压式液位计的种类，并详细介绍其工作原理和安装过程中需要注意的事项。
在工业过程生产中，如石化、化工、电力等行业，经常要对生产过程中存储在容器设备内物料进行物位检测，以保证连续供应生产中各个环节所需的物料或进行经济核算；了解物位是否在规定的范围内，以便使生产过程正常进行，保证产品质量和安全生产。
物位是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒状固体或互不相溶的两种液体间由于密度不等面形成的界面位置。
一般将液位、料位、界面统称为物位。对物位进行测量的仪表被称为物位检测仪表。由于被测对象种类繁多，检测的条件和环境也有很大差别，所以物位检测的方法有多种多样，以满足不同生产过程的测量要求。按工作原理分类，物位测量仪表有直读式、差压式、浮力式、电学式、超声波式、雷达、放射性等。
1、设计与选型
HG/T20507-2014 自动化仪表选型设计规范中规定液位和界面测量宜选用差压式仪表。当不满足要求时，可选用电容式、射频导纳式、雷达式、
电阻式（电接触式）、声波式、浮筒式仪表、浮子式仪表（浮子式仪表包括伺服式、钢带式、磁致伸缩式、磁性浮子式、杠杆式）、静压式、核辐射式、外测式等仪表。
液位连续测量，宜选用差压式变送器。差压式变送器的选型应符合下列要求：
1 对于结晶性液体、黏稠性液体、易气化液体、腐蚀性液体、含悬浮物液体的液位测量宜选用平法兰式差压变送器。
2 在检测高结晶液体、高黏度液体、凝胶性液体、沉淀性液体的液位时，宜选用插入式法兰差压变远器。
3 用于测量腐蚀性液体、黏稠性液体、结晶性液体、熔融性液体、沉淀性液体的液位时，在测量精度要求不高时，可采用吹洗的方法，配合差压变送器进行测量。
4 当测量界面时，可选用差压式变送器，上部液面应始终高于上部取压口。
5 测量液位的差压变送器应带迁移机构，正、负迁移量应在选择仪表量程时确定。
6 正常工况下液体密度有明显变化时，不宜选用差压式变送器进行液位、界面测量。
所以差压式变送器是工业过程控制中使用较广的液位计，结构简单、便于安装与维护，容易校准。对有腐蚀、粘稠介质可采用法兰式（带毛细管）。
缺点是由于密度变化直接影响到测量结果，所以适用于密度比较稳定的工况。
2、工作原理及特点
差压式液位计是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。
因为压力是单位面积上所受的作用力
p=F/S
F：作用力（N）S：面积（m2）
又因为F=hSρg
ρ：液体密度（kg/m3）h：液柱高度（m）g：重力加速度（m/s2）
p=ρghs/s=ρgh（N/m2）
由上面公式可知，压力等于液柱高度、液体密度和重力加速度的乘积。液体的密度在一定的温度下是不变的，所以压力也可以用液柱高度来表示。
差压式液位计的特点：
（1）检测元件在容器中几乎不占空间，只需在容器壁上开一个或两个孔即可；
（2）检测元件只有一、两根导压管，结构简单，安装方便，便于操作维护，工作可靠；
（3）采用法兰式差压变送器可以解决高黏度、易凝固、易结晶、腐蚀性、含有悬浮物介质的液位测量问题；
（4）差压式变送器通用性强，可以用来测量液位，也可用来测量压力和流量等参数。
3、差压液位计类型
3.1、压力变送器
容器中盛有液体时，物体对容器的底部或侧壁会产生一定的静压力。当液体的密度均匀，或固体颗粒及物料的密度与疏密程度均匀时，此静压力与物料的物位高度成正比。测出这个静压力的变化就可知道物位的变化。
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3.2、差压变送器
用静压液位计测量密闭容器的液位时，压力示值包含了液面上部的气相压力，而此压力不一定是定值，所以用这种液位计测量液位时会引起较大的误差。为消除气相压力的影响，需采用差压式液位计。
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设被测介质的密度为ρ1，容器顶部为气相介质，气相压力为PA，p1是差压液位计的正压室压力，根据静力学原理可得
P1= PA+ ρ1gh P2= PA+ ρ2gh
因此，差压变送器正负压室的压力差为 △P=（PA+ ρ1gh）-（PA+ ρ2gh）
3.3、法兰式差压变送器
如果测量介质含有杂质、结晶、凝聚或易自聚的被测介质，选用普通的差压变送器会引起连接管线的堵塞，此时需要用法兰式差压变送器。法兰直接与容器上的法兰相连接，作为敏感元件的测量头（金属膜盒）经毛细管与变送器的测量室相通。在膜盒、毛细管和测量室所组成的密闭系统内充有硅油，作为传压介质，毛细管外套以金属蛇皮管保护，法兰测的结构形式分为平法兰和插入式法兰两种。
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3.4、电子远传差压变送器
如果储罐高度超过毛细管长度（常规毛细管可做到15米），可以选用电子远传差压变送器。电子远传差压变送器是为高罐、蒸馏塔应用而设的全新最佳实践技术，电子远传差压直接消除了多余的毛细管和充油量，加快时间响应。
电子远传差压变送器的正压侧和负压侧，分别为两个压力变送器；两个压力信号在主变送器内相减，主变送器具有同步功能，压力变送器具有更高的精度。
系统由设置于高压侧的主传感器和低压侧的从传感器组成，通过通信电缆连接和传输信号，由主传感器进行差压计算并输出4~20 mA模拟信号或者数字信号。关键特点是高性能、高精度、高可靠性比隔膜密封系统的长毛细管性能更好，特别适用于高储罐，电缆最大可测量45米高的各种储罐。
4、差压式液位计安装及注意事项
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，变送器的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。
差压液位计应垂直安装，保持正、负压室与工艺容器正确连接不能装反。
如果被测介质为低沸点介质（如液氨、液氧等），低沸点介质在环境下极易汽化，为了输出信号和示值的稳定性，测量导压管不宜过短，液位计安装位置宜高于被测容器液位下取压接口。
为减小环境温度差的影响，可将高、低压侧的毛细管束在一起，并固定以防止风以及振动等的影响（超长部分的毛细管应卷在一起固定）。
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这三种安装位置中，变送器所受的静压是不同的，当液位最低时，法兰变送器高低压侧所受的静压P1（高压）和P2（低压）分别如下：变送器安装在最下面位置时：
P1= H1ρg+P0 P2= H2ρg+P0
变送器安装在中间位置时：
P1= -H1ρg+P0 P2= H2ρg+P0
变送器安装在最上面位置时：
P1= -H1ρg+P0 P2= -H2ρg+P0
从上面三种情况中知道，若P0=0，则安装在两个法兰下面，P1和P2均为正压；安装在两个法兰中间，P1是负压，P2是正压；安装在两个法兰上面，P1和P2均为负压。
如果变送器工作在负压状态，如果超过了它的允许负压值，则填充液会汽化，隔离膜片会外鼓，从而引起测量不准，甚至会造成仪表损坏。测量工况为高温高真空时，双法兰差压液位计选型时隔膜封入液要用高温高真空（硅油）。
如果容器内的压力较高，即P0＞H1ρg和H2ρg，则变送器装在什么位置都可以，其高低压侧都不会出现负压。但是容器总有空罐，没有压力，甚至有时会抽空，出现P0为负的时候，因此法兰变送器的正确安装位置一定要装在两个法兰下面，只有这样，才能避免出现负压，确保正确测量。
电子远传差压变送器的高精度是以测量压力为基准，而不是工况差压为基准。每台压力变送器不能处于超压状态，操作压力和测量差压必须同时在允许测量范围内，才可以使用电子远传差压液位系统，而传统双法兰差压变送器在取源间距不大时使用广泛。在新项目建设过程中，推广使用电子远传差压液位系统这类型新型仪表，是技术进步的体现。但是相关专业技术人员要对电子远传差压液位系统的性能和工艺条件加深了解，确保电子远传差压液位系统选型合理，满足工艺使用要求。
参考文献：
[1]HG/T20507-2014 自动化仪表选型设计规范 122-123
[2]王森.仪表工试题集（第二版）.北京：化学工业出版社 40
[3]乐嘉谦.仪表工手册（第二版）.北京：化学工业出版社 255