差壓式水位計測量誤差分析

差壓式水位計的工作原理是在汽包水位取樣管上安裝平衡容器，利用液體靜力學原理使水位轉換成差壓，用引壓管將差壓訊號送至差壓計，由差壓計顯示汽包不位。經過發展現在採用智慧式差壓變送器來測量汽包水位，特別計算機控制技術的引入，從技術性能、安全性、可靠性都有了極大的提高，現在亞臨界鍋爐均採用差壓式水位計作為汽包水位測量的主要手段，並作為汽包水位控制、保護訊號用。

我廠採用單室平衡容器測量水位，原理如圖2所示：

從汽包汽側取樣孔引一管至平衡容器，進入平衡容器的飽和蒸汽不斷凝結成水，多餘的水由於溢流原理自取樣管流回汽包，使平衡容器內的水位保持恆定。因此，差壓變送器的正壓頭由於平衡容器有恆定的水柱而維持不變，負壓頭則隨著汽包水位的變化而變化。為了避免汽包水位變化時，影響平衡容器內水位變化，而影響汽包水位測量的準確性，容器的面積應足夠大。

由圖2可得差壓變送器差壓和汽包水位之間的關係如下式所示：

式中：

H——汽水側取樣孔距離，mm

L——汽側取樣孔與汽包零水位的距離，mm

h——汽包水位偏差零水位的值，mm

△P——汽包水位對應的差壓值，mmH2O

Ps——飽和蒸汽密度，kg/m3

Pw——飽和水密度，kg/m3

Pa——平衡容器參考水柱密度，kg/m3

式（2）中，H、L均是定值，Ps、Pw是汽包壓力的函式，Pa除了受汽包壓力的影響，還和平衡容器的散熱情況、環境溫度等有關。飽和蒸汽進入平衡容器不斷凝結為水，容器內表面的水溫接近於汽包內的飽和溫度，平衡容器及其下部取樣管受環境的冷卻，溫度不斷下降，隨著高度的下降，取樣管內的溫度將接近環境溫度。參比水柱的水溫高於環境溫度，但遠低於汽包內的飽和溫度。參比水柱的水溫一般採用取平均值的方法，按照常數考慮，一般取50℃或60℃；現在一些電廠也採用直接測量參比水柱溫度的方法進行修正。

由於汽水密度都是隨壓力改變的，因此同一汽包水位在不同的壓力工況下所產生的壓差是不同的。以我廠自然迴圈汽包爐為例，已知汽包內徑1792mm，零水位在汽包機械中心線以下50mm，水側

取樣孔距零水位以下400mm，汽側距零水位以上360mm，H=400+360＝760mm，取參比水柱水的平均溫度為60℃，計算得出表3所示結果。

表3的結果顯示：在大氣壓下，汽包水位到汽側取樣孔時，壓差最小，等於零；降至水側取樣孔時，壓差最大，等於760mmH2O。因此，測量汽包水位的變送器量程為760～0mmH2O，即是汽水側取樣孔之間的距離。隨著汽壓的升高，同樣的汽包水位變化量所對應的壓差變化量減小。汽包水位變化土250mm，大氣壓下壓差變化500mmH2O，壓力升到9Mpa時壓差變化為329mmH2O，升高到18Mpa時，壓差變化僅為205mmH2O，而且水位越高，受壓力的影響越大，水位越低受的影響相對較小。因此，壓力的變化會給水位的測量帶來相當大的誤差，但該誤差只是因為壓力的變化而產生的，所以，在差壓式水位計的測量回路中加入壓力修正，可以將壓力引起的測量誤差消除。

壓力修正原理如下：