知识||液位测量——差压式液位计（连载2）
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四、差压式液位计的单机测试
根据GB 50093-2013 《自动化仪表工程施工及质量验收规范》12.2.11要求，储罐液位计、料面计可在安装完成后，直接模拟物位进行校准。
我们在安装前无需对它进行校正，说白了我们也想不到什么好的办法对它进行校正。但是在安装前我们可以对它进行通电测试，顺便用Hart475手操器对它进行量程、位号、单位、显示之类的参数进行规划。这样做的目的可以减少后面回路测试时的工作量，还可以检查出来这台表在运输途中有没有受到颠簸以致损坏。
工厂在建设初期，条件比较恶劣，一般采用24VDC明纬电源给仪表供电用于单机测试。这样接线仪表回路是没有电阻的，所以必须在回路中串入250Ω电阻，或者用可调电阻箱供给阻值，否则无法与仪表通讯（连接方式详如下）。
手操器的使用方法本章不做详细介绍。
接线注意事项：
常规状态下，差压变送器都是4-20mA输出的，而4-20mA电流输出的变送器都是两线制，但是有很多人不知道如何接线。下面我们说明下两线制4-20mA电流信号输出的变送器接线。
如图所示打开变送器后盖后在电气盒内可以看到电源信号端子与测试端子，其中测试端子和电源端子“-”与回路有共同的电流值，一般用于连接指示表或者测试用。电源是经信号线送到变送器的，不需要附加线。
在接线时注意电源端子与电源线正负极不能接反，否则变送器无数据显示。
注意: 不要把带电源的信号线接到测试端子，否则将摧毁测试端子内的二极管。如二极管不幸损坏，短接测试端子就可使变送器继续工作，非特殊情况不建议这样做。
五、 零点迁移
所谓零点迁移,就是为克服差压液位计在安装过程中,由于变送器取压口与容器取压口不在同一水平线或采用隔离措施后产生的零点偏移,而采取的一种技术措施。
在仪表施工的过程中，出于对设备安装位置和便于维护及工艺人员操作等方面的考虑，变送器不一定都能与取压点在同一水平面上；又如被测介质是强腐蚀性或重粘度的液体，不能直接把介质引入变送器，必须安装隔离液罐，用隔离液来传递压力信号，以防被测仪表被腐蚀。这时就要考虑被测介质和隔离液柱对测压仪表读数的影响。为了消除安装位置或隔离液对测压仪表读数的影响，因此要进行零点迁移，差压变送器使用应注意可用量程，包含硅油迁移量，特别是对于小量程差压变送器。零点迁移可分为三大类：无迁移、负迁移、正迁移。
无迁移举例：
差压式液位计是通过液体对变送器正负压室上产生的差压来进行测量的，如果变送器的正、负压室与容器的取压点处在同一水平面上，H=0时，ΔP=0；即ΔP=P正-P负=ρgH，压力会随着液位的升高而呈线性变化。
如储罐内的液体密度为1.2，液位在0-4m范围内浮动，求变送器的量程。
解： 根据公式：ΔP=P正-P负=ρgH
满液位时：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
变送器的量程为：0-47.06Kpa
正迁移举例：
当差压变送器在液位基准面下方h处时，这个时候就需要做正迁移了。
如储罐内的液体密度为1.2，液位H在0-4m范围内浮动，h为1m,求变送器的量程。
解： 根据公式：ΔP=P正-P负=ρgH
低压侧P2：因与大气相通默认为0
高压侧P1：P1＝ρg(H+h)
满液位时：P1=1.2×9.8×（4+1）=58.8Kpa
空液位时：P1=1.2×9.8×（0+1）=11.76Kpa
变送器的量程为：11.76-58.8Kpa
结论： 造成此台变送器零点正迁移的原因是液位为0时，仍然存在11.76Kpa液位压力施加给变送器正压侧。
负迁移举例：
如图所示的液位测量系统，气相导压管中充满的不是气体而是冷凝水（其密度与容器中的水的密度大致相等）。
如储罐内水的密度为1.0，液位H在0-2m范围内浮动，H0为2.5m,求变送器的量程。
解： 根据公式：ΔP=P正-P负=ρgH
低压侧P2：P2＝ρgH0
高压侧P1：P1＝ρgH
低压侧满液位时：P2 =1.0×9.8×2.5=24.5Kpa
低压侧空液位时：P2 =1.0×9.8×2.5=24.5Kpa
高压侧满液位时：P1 =1.0×9.8×2=19.6Kpa
高压侧空液位时：P1 =1.0×9.8×0=0Kpa
根据公式：ΔP=P正-P负
满液位时：ΔP=19.6-24.5=-4.9Kpa
空液位时：ΔP=0-24.5=-24.5Kpa
变送器的量程为：-24.5至-4.9Kpa
结论： 造成此台变送器零点负迁移的原因是液位为0时，仍然存在-24.5Kpa液位压力施加给变送器负压侧。
综上所述：当液位为0时，ΔP＞0时需要对变送器做正迁移，ΔP＜0时需要对变送器做负迁移，ΔP=0时无需对变送器做任何迁移。
变送器安装在不同位置对液位的影响
A:双法兰液位计安装在密闭容器低端法兰水平线以下,变送器安装在密闭容器低端法兰水平线以下, 如下图所示。
假设ρ介为介质密度=1.5，ρ0为硅油密度=0.93，H0为介质量程0-5m,H1=1m，H2=6m，求变送器的量程。
解：
量程：ΔP=ρ介×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
空液位时压力差：ΔP=P（+）-P（-）=9.114-54.684=-45.57Kpa
满液位时压力差：ΔP=空液位压力差ΔP+量程值ΔP=-45.57+73.5=27.93Kpa
变送器的量程为：-45.57至27.93Kpa
B:双法兰液位计安装在密闭容器法兰水平线中间,变送器安装在密闭容器高低端法兰水平线中间,如下图所示。
假设ρ介为介质密度=1.5，ρ0为硅油密度=0.93，H0为介质量程0-5m,H1=2m，H2=3m，求变送器的量程。
解：
量程：ΔP=ρ介×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
空液位时压力差：ΔP=P（+）-P（-）=-18.228-27.342=-45.57Kpa
满液位时压力差：ΔP=空液位压力差ΔP+量程值ΔP=-45.57+73.5=27.93Kpa
变送器的量程为：-45.57至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介为介质密度=1.5，ρ0为硅油密度=0.93，H0为介质量程0-5m,H1=6m，H2=1m，求变送器的量程。
解：
量程：ΔP=ρ介×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
空液位时压力差：ΔP=P（+）-P（-）=-54.684-（-9.114）=-45.57Kpa
满液位时压力差：ΔP=空液位压力差ΔP+量程值ΔP=-45.57+73.5=27.93Kpa
变送器的量程为：-45.57至27.93Kpa
结论： 从上面的计算中可以得出，双法兰液位变送器不管安装在什么位置，其量程和零点迁移量是一样的。实际安装中推荐第一种安装方法，其他两种易使硅油倒灌造成膜盒鼓包，损坏变送器。
六、 油水界面下的应用
在化工生产过程中，有许多介质精馏之后是带少量水的。生产想要的成品是油，而不是水，在这种工况下就需要对油水混合物进行分水作业。分水的原理是根据油和水的密度不同，一般情况下水在下层，油在上层。既然要分水，我们就需要知道水的液位。
所以在测量仪器的选择上，可以选择外浮筒液位计，也可以选择差压式液位计，两者各有其优缺点，本节对差压式液位计测量油水界面进行解析。
假设测量H距离为1.2m，油的密度为0.7，水的密度为1.0，高低压侧导压管灌满水做密封液，求差压变送器的量程。
解：
水位最低液位时差压：P=（ρ油×g×H）-（ρ水×g×H）
=（0.7×9.8×1.2）-（1.0×9.8×1.2）=-3.528Kpa
水位最高时差压：P=（ρ水×g×H）-（ρ水×g×H）
=（1.0×9.8×1.2）-（1.0×9.8×1.2）=0Kpa
变送器的量程为：-3.528Kpa至0Kpa
量程速算：（ρ水-ρ油）×g×H=3.528Kpa
注意：此种算法仅用于油水分层较为明显的工况。如果油水混溶形成乳化质则不可取。
| 作者简介： 柳北剑（1987—）江苏徐州人，从事化工行业12年，多次参与工厂的新建，扩建，及原始开车与调试工作，有较扎实的调试及维修经验。目前就职于江苏威名石化，任工程师职位。 |
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