压力式液位计和差压式液位计原理

　　压力法依据液体重量所产生的压力进行测量。由于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，因此通过测容器中液体的压力即可测算出液位高度。

　　对常压开口容器，液位高度日与液体静压力P之间有如下关系：

　　　　　　　　　　　　 （1）

　　式中，ρ为被测液体的密度（kg／m³）。

　　图1为用于测量开口容器液位高度的三种压力式液位计。图1（a）为压力表式液位计，它是利用引压管将压力变化值引入高灵敏度压力表进行测量的。图中压力表高度与容器底等高，这样压力表读数即直接反映液位高度。如果两者不等高，当容器中液位为零时，压力表中读数不为零，而是反映容器底部与压力表之间的液体的压力差值，该值称为零点迁移量，测量时应予以注意。这种方法的使用范围较广，但要求介质洁净，粘度不能太高，以免阻塞引压管。图1（b）为法兰式压力变送器，变送器通过法兰装在容器底部的法兰上，作为敏感元件的金属膜盒经导压管与变送器的测量室相连，导压管内封入沸点高、嘭胀系数小的硅油，使被测介质与测量系统隔离。它可以将液位信号变成电信号或气动信号，用于液位显示或控制调节。由于是法兰式连接，且介质不必流经导压管，因此可用来检测有腐蚀性、易结晶、粘度大或有色介质。图1（c）为吹气式液位计，压缩空气通过气泡管通入容器底部，调节旋塞阀使少量气泡从液体中逸出（大约每分钟150个左右），由于气泡微量，可认为容器中液体静压与气泡管内压力近似相等。当液位高度变化时，由于液体静压变化会使逸出气泡量变化。调节阀门使气泡量恢复原状，即调节液体静压与气泡管压力平衡，从压力表的读数即可反映液位高低。这种液位计结构简单，使用方便，可用于测量有悬浮物及高粘度液体。如果容器封闭，则要求容器上部有通气孔。它的缺点是需要气源，而且只能适用于静压不高、精度要求不高的场合。

（a）压力表式液位计 　　　　 （b）法兰式液位变送器 　　　　　（c）吹气式液位计

图1　压力式液位计
1-旋塞阀；2-引压管；3-压力表；4-法兰；5-压力变送器

　　1（b）为法兰式压力送器，变送器通过法兰装在容器底部的去兰装在容器底部的法兰上，作为敏感元件的金属膜盒经属盒经导压管与变送器的测量室相连，导压管内封入沸点高、膨胀系数小的硅油，使被测介质与测量系统隔离。它可以将液信号变成电信号或气动信号，用于液位显示或控制调节。由于是法兰式连接，且介质不必流经导压管，因此可用来检测有腐蚀性、易结晶、粘度大或有色介质。图1（c）为吹气式液位计，压缩空气通过气泡管通入容器底部，调节旋塞阀使少量泡从液体中逸出（大约每分钟150个左右），由于气泡微量，可认为容器中液体静压与气泡管内压内近似相等。当液位高度变化时，由于液体静压充化会使逸出气泡量变化。调节阀门使气泡量恢复原状，即调节液体静压与气泡管压力平衡，从压力表的读数即可反映液位高低。这种液位计结构简单，使用方便，可用于测量有悬浮物及高粘度液体。如果容器封闭，则要求容器上部有通气孔。它的缺点是需要气源，而且只能适用于静压不向、精度要求不高的场合。

　　对于密闭容器中的液位测量，除可应用上述三种液位计外，还可用差压法进行测量，该法在测量过程中需消除液面上部气压及气压波动对示值的影响，图2为差压式液位计测量原理示意图。

图2　差压式液位计原理示意图

　　差压式液位计采用差压式变送器，将容器底部反映液位高度日的压力引入变送器的正压室，容器上部的气体压力引入变送器的负压室。引压形式可根据液体性质选择，如粘度大、易沉淀或易结晶的液体可采用法兰式安装。为防止由于内外温差使气压引压管中的气体凝结成液体，一般在低压管中充满隔离液体。若隔离液体密度为ρ2，被测液体密度为ρ1，一般都使ρ2>ρ1，由图2得压力平衡方程

p₁=ρ₁g（H+h₁）+p　　　　　　　　　　　　　　 （2）

p₂=ρ₂g（H+h₂）+p　　　　　　　　　　　　　　　（3）

　　则

△p=p₁-p₂=ρ₁gH+ρ₁gh₁-ρ₂gh₂=ρ₁gH-Z₀　　　　　　（4）

　　式中，p₁、p₂为引入变送器正压室和负压室的压力（Pa）；H为液位高度（m）；h₁、h₂为容器底面和工作液面距变送器的高度（m）。

　　这里Z₀=ρ₂gh₂-ρ₁gh₁即称为零点迁移量，它与差压计安装情况有关。一般的差压计都有零点迁移量调节机构，通过调节可使Z₀=0，这时差压计的读数直接反映液面高度H。