壓力法依據(jù)液體重量所產(chǎn)生的壓力進(jìn)行測(cè)量。由于液體對(duì)容器底面產(chǎn)生的靜壓力與液位高度成正比,因此通過(guò)測(cè)容器中液體的壓力即可測(cè)算出液位高度。
對(duì)常壓開(kāi)口容器,液位高度日與液體靜壓力p之間有如下關(guān)系:
(1)
式中,ρ為被測(cè)液體的密度(kg/m3)。
圖1為用于測(cè)量開(kāi)口容器液位高度的三種壓力式液位計(jì)。圖1(a)為壓力表式液位計(jì),它是利用引壓管將壓力變化值引入高靈敏度壓力表進(jìn)行測(cè)量的。圖中壓力表高度與容器底等高,這樣壓力表讀數(shù)即直接反映液位高度。如果兩者不等高,當(dāng)容器中液位為零時(shí),壓力表中讀數(shù)不為零,而是反映容器底部與壓力表之間的液體的壓力差值,該值稱為零點(diǎn)遷移量,測(cè)量時(shí)應(yīng)予以注意。這種方法的使用范圍較廣,但要求介質(zhì)潔凈,粘度不能太高,以免阻塞引壓管。圖1(b)為法蘭式壓力變送器,變送器通過(guò)法蘭裝在容器底部的法蘭上,作為敏感元件的金屬膜盒經(jīng)導(dǎo)壓管與變送器的測(cè)量室相連,導(dǎo)壓管內(nèi)封入沸點(diǎn)高、嘭脹系數(shù)小的硅油,使被測(cè)介質(zhì)與測(cè)量系統(tǒng)隔離。它可以將液位信號(hào)變成電信號(hào)或氣動(dòng)信號(hào),用于液位顯示或控制調(diào)節(jié)。由于是法蘭式連接,且介質(zhì)不必流經(jīng)導(dǎo)壓管,因此可用來(lái)檢測(cè)有腐蝕性、易結(jié)晶、粘度大或有色介質(zhì)。圖1(c)為吹氣式液位計(jì),壓縮空氣通過(guò)氣泡管通入容器底部,調(diào)節(jié)旋塞閥使少量氣泡從液體中逸出(大約每分鐘150個(gè)左右),由于氣泡微量,可認(rèn)為容器中液體靜壓與氣泡管內(nèi)壓力近似相等。當(dāng)液位高度變化時(shí),由于液體靜壓變化會(huì)使逸出氣泡量變化。調(diào)節(jié)閥門(mén)使氣泡量恢復(fù)原狀,即調(diào)節(jié)液體靜壓與氣泡管壓力平衡,從壓力表的讀數(shù)即可反映液位高低。這種液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,可用于測(cè)量有懸浮物及高粘度液體。如果容器封閉,則要求容器上部有通氣孔。它的缺點(diǎn)是需要?dú)庠?,而且只能適用于靜壓不高、精度要求不高的場(chǎng)合。
(a)壓力表式液位計(jì) (b)法蘭式液位變送器 (c)吹氣式液位計(jì)
圖1 壓力式液位計(jì)
1-旋塞閥;2-引壓管;3-壓力表;4-法蘭;5-壓力變送器
1(b)為法蘭式壓力送器,變送器通過(guò)法蘭裝在容器底部的去蘭裝在容器底部的法蘭上,作為敏感元件的金屬膜盒經(jīng)屬盒經(jīng)導(dǎo)壓管與變送器的測(cè)量室相連,導(dǎo)壓管內(nèi)封入沸點(diǎn)高、膨脹系數(shù)小的硅油,使被測(cè)介質(zhì)與測(cè)量系統(tǒng)隔離。它可以將液信號(hào)變成電信號(hào)或氣動(dòng)信號(hào),用于液位顯示或控制調(diào)節(jié)。由于是法蘭式連接,且介質(zhì)不必流經(jīng)導(dǎo)壓管,因此可用來(lái)檢測(cè)有腐蝕性、易結(jié)晶、粘度大或有色介質(zhì)。圖1(c)為吹氣式液位計(jì),壓縮空氣通過(guò)氣泡管通入容器底部,調(diào)節(jié)旋塞閥使少量泡從液體中逸出(大約每分鐘150個(gè)左右),由于氣泡微量,可認(rèn)為容器中液體靜壓與氣泡管內(nèi)壓內(nèi)近似相等。當(dāng)液位高度變化時(shí),由于液體靜壓充化會(huì)使逸出氣泡量變化。調(diào)節(jié)閥門(mén)使氣泡量恢復(fù)原狀,即調(diào)節(jié)液體靜壓與氣泡管壓力平衡,從壓力表的讀數(shù)即可反映液位高低。這種液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,可用于測(cè)量有懸浮物及高粘度液體。如果容器封閉,則要求容器上部有通氣孔。它的缺點(diǎn)是需要?dú)庠?,而且只能適用于靜壓不向、精度要求不高的場(chǎng)合。
對(duì)于密閉容器中的液位測(cè)量,除可應(yīng)用上述三種液位計(jì)外,還可用差壓法進(jìn)行測(cè)量,該法在測(cè)量過(guò)程中需消除液面上部氣壓及氣壓波動(dòng)對(duì)示值的影響,圖2為差壓式液位計(jì)測(cè)量原理示意圖。
圖2 差壓式液位計(jì)原理示意圖
差壓式液位計(jì)采用差壓式變送器,將容器底部反映液位高度日的壓力引入變送器的正壓室,容器上部的氣體壓力引入變送器的負(fù)壓室。引壓形式可根據(jù)液體性質(zhì)選擇,如粘度大、易沉淀或易結(jié)晶的液體可采用法蘭式安裝。為防止由于內(nèi)外溫差使氣壓引壓管中的氣體凝結(jié)成液體,一般在低壓管中充滿隔離液體。若隔離液體密度為ρ2,被測(cè)液體密度為ρ1,一般都使ρ2>ρ1,由圖2得壓力平衡方程
p1=ρ1g(h+h1)+p(2)
p2=ρ2g(h+h2)+p?。?)
則
△p=p1-p2=ρ1gh+ρ1gh1-ρ2gh2=ρ1gh-z0(4)
式中,p1、p2為引入變送器正壓室和負(fù)壓室的壓力(pa);h為液位高度(m);h1、h2為容器底面和工作液面距變送器的高度(m)。
這里z0=ρ2gh2-ρ1gh1即稱為零點(diǎn)遷移量,它與差壓計(jì)安裝情況有關(guān)。一般的差壓計(jì)都有零點(diǎn)遷移量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),通過(guò)調(diào)節(jié)可使z0=0,這時(shí)差壓計(jì)的讀數(shù)直接反映液面高度h。