在工業(yè)現(xiàn)場，要知道一個罐子里裝了多少液體，方法有很多。用浮子、用超聲波、用雷達，各有各的適用場合。壓力式液位變送器走的是另一條路——它不看液面在哪里，而是去感受液體底部有多大的壓力。液位越高，底部壓力越大，這個關(guān)系簡單而直接，幾十年來一直是液位測量中最基礎(chǔ)、也最皮實的方法之一。
液位和壓力，到底是什么關(guān)系？
靜止的液體，底部受到的壓力來自上方液柱的重量。液位越高，壓在底部的液體越多，壓力就越大。這個壓力與液位高度成正比，比例系數(shù)就是液體的密度和重力加速度。所以，只要測出底部的壓力，再知道液體密度，就能算出液位高度。
這個道理聽起來簡單，但實際測量中要考慮幾個問題。如果罐子是敞口的，液面上方就是大氣壓，變送器測到的壓力減去大氣壓，才是液柱本身產(chǎn)生的壓力。如果罐子是密閉的，液面上方可能有壓力或真空，那就不能直接減大氣壓了，需要用差壓式測量，把液面壓力和罐內(nèi)氣相壓力同時引入，取差值。
另一個問題是液體密度。同樣高度的水和水銀，底部壓力差很多。如果液體密度隨溫度變化，或者介質(zhì)本身密度不穩(wěn)定，測量結(jié)果就會跟著漂。所以壓力式液位變送器在標定時，通常要按實際介質(zhì)密度來設(shè)定。
它是怎么工作的？
壓力式液位變送器的核心是一個壓力傳感器。液體壓力通過接口作用在傳感器的膜片上，膜片產(chǎn)生微小形變，貼在膜片上的應(yīng)變電阻或電容結(jié)構(gòu)隨之變化，把壓力信號轉(zhuǎn)成電信號。經(jīng)過電路放大、補償、線性化處理后，輸出標準信號，比如4-20mA，送給控制系統(tǒng)或顯示儀表。
常見的結(jié)構(gòu)有兩種。一種是直接安裝式，變送器直接擰在罐底或側(cè)壁底部，膜片直接接觸液體。這種方式簡單，但要求介質(zhì)不腐蝕、不結(jié)晶、不堵塞。另一種是投入式，變送器通過一根電纜放到液體底部，靠自身重量或固定裝置沉在底部。投入式適合敞口池、水井、河道這類場合，安裝靈活，但電纜要保護好，不能磨損或拉扯。
還有一種叫法蘭式，變送器通過法蘭安裝在罐壁上，膜片和液體接觸，接線盒在外面。這種方式便于維護和清洗，在化工、制藥行業(yè)比較常見。
安裝和使用中，容易忽略的地方
安裝位置很關(guān)鍵。變送器應(yīng)該裝在液體底部或接近底部的位置，這樣才能感受到完整的液柱壓力。如果裝在側(cè)壁中部，測到的只是從液面到安裝點這一段的高度，不是總液位。對于攪拌罐，安裝點要避開攪拌槳直接沖擊的區(qū)域，否則膜片會受交變壓力，讀數(shù)波動，壽命也受影響。
導壓管或電纜的走向也要注意。投入式的電纜如果松弛地泡在水里，水流沖擊會讓它晃動，讀數(shù)跟著跳。應(yīng)該用固定件把電纜固定好，讓變送器穩(wěn)定在測量點。如果是差壓式，正負壓側(cè)的導壓管要防止堵塞和積液，尤其是在易結(jié)晶或含顆粒的介質(zhì)中。
介質(zhì)溫度也是一個實際問題。溫度太高，傳感器可能超出工作范圍；溫度太低，介質(zhì)可能結(jié)冰膨脹，把膜片頂壞。有些場合需要加隔離罐或冷凝圈，讓高溫介質(zhì)先降溫再接觸傳感器。這些配套措施看似麻煩，但能省下不少維修的工夫。
校準和維護
壓力式液位變送器用久了，零點可能漂移，尤其在工作溫度變化大或介質(zhì)有腐蝕性的場合。定期校準是保持測量可信的基本動作。校準通常分兩步：零點校準和量程校準。零點是在液位低時確認輸出對應(yīng)低值；量程是在已知液位高度時確認輸出對應(yīng)正確值。沒有條件做實際液位校準時，也可以用壓力源模擬。
膜片是直接接觸介質(zhì)的部分，最怕結(jié)垢、結(jié)晶和腐蝕。如果介質(zhì)容易在膜片上沉積，就要定期清洗。清洗時注意別用硬物刮擦膜片，那層膜很薄，劃傷了就回不來了。選擇變送器時，膜片材質(zhì)要和介質(zhì)匹配，這一點比任何后期維護都管用。
壓力式液位變送器做的事情，是把液位這個幾何量，轉(zhuǎn)換成壓力這個物理量來測量。它不直接“看”液面，而是通過液體的重量去推斷液面的位置。這種方式有它的局限——密度變化會影響精度，介質(zhì)特性會限制安裝方式，但它也有它的長處：結(jié)構(gòu)簡單、信號穩(wěn)定、抗干擾能力強。在很多工況下，它不聲不響地待在罐底，輸出一個穩(wěn)定的電流信號，讓操作人員知道里面還有多少料。這種樸素的可靠性，正是它在工業(yè)現(xiàn)場一直有位置的原因。
