平衡型和调整型差压隔膜密封系统性能比较

常用且关键的工艺参数。在用于测量液位的仪表类型中，差压液位计因工作可靠，运行稳定，在液位的远程测量和自动控制方面得到广泛的应用。当遇到环境恶劣的场合，经常考虑选用带隔膜密封的差压液位计。

2 隔膜密封的原理

隔膜密封又称化学密封或远传法兰，用于過程介质不能直接接触测量仪器的承压部件时进行压力测量。

隔膜密封具有两个主要任务：

①使测量仪器与过程介质相隔离;

②将压力传递给测量仪器。

隔膜密封系统由密封膜盒，毛细管和填充液体组成。隔膜密封系统对液位产生变化时引起的过程压力变化，以及液体上方静压的变化做出响应。通过填充液体的毛细管将这些压力变化向差压变送器传送。毛细管和密封隔膜内充满不可压缩的液体，填充液体根据过程介质的温度，压力和成分来选择。

3 隔膜密封的应用领域

①介质具有腐蚀性，并且无法为压力测量元件本身提供充分的防腐蚀保护;

②介质具有较高的粘性和纤维性，因此会堆积在压力测量仪器空腔中的死角和堵塞压力进口而导致测量问题;

③介质具有结晶或聚合倾向;

④被测介质温度非常高，会对压力测量仪器造成加大影响。热影响会导致压力测量值（即测量仪器上显示的实测压力）中出现偏差。它还可能导致超出测量仪器元件的热负荷上限;

⑤压力测量点处于不方便直接安装测量设备的位置。由于空间的原因，压力测量仪器无法安装或无法清晰读取数据。通过安装带有长毛细管的隔膜密封，即可将压力测量仪器安装在能够轻松观察读数的位置;

⑥在食品和医药等产品的制造过程中及在生产区域内，必须遵守卫生行业相关标准的要求。由于这些原因，可以通过卫生型隔膜密封来避免测量仪器和配件中的死角;

⑦被测介质具有毒性或对环境有害。有毒介质不得由于泄漏而逸入大气或环境中。因此，为安全和环境保护的要求，特殊的隔膜密封能起到有效的防护。

同时，使用隔膜密封还可提高工厂和过程效率：测量组件的使用寿命更长;安装成本更低;无需进行维护。

4 差压隔膜密封系统

差压隔膜密封系统根据系统组态不同，大致可分为平衡型系统和调整型系统。

平衡型系统是指差压变送器的两侧采用相同的密封和毛细管长度。参考下图1：

5 隔膜密封系统的性能

隔膜密封系统的性能，我们主要关注的有两点，响应时间和温度影响。

5.1 响应时间

响应时间受温度、压力、毛细管长度及内径、充油的粘度和变送器类型影响。小的毛细管内径会产生很大阻力，降低压力传递的速度，大的毛细管内径可以提供更快的响应速度;充油的粘度是指它的流动性，会受温度变化影响，温度上升可导致填充液体粘度下降，并加快响应时间，但温度下降时将放慢响应时间。选择一种低粘度系数的填充液可以缩短响应时间，尤其是在低温环境采用了长毛细管的时候，长的毛细管使压力传递的路线很长，从而会增加响应时间。

对于平衡型系统和调整型系统，由于调整型系统大大缩短了毛细管长度，因此响应速度相应提高了。

5.2 温度的影响

温度影响测量误差有两种，一种是密封膜盒温度影响误差，一个是压头温度影响误差。

5.2.1密封膜盒温度影响误差

密封膜盒温度影响误差是指填充液体随温度变化产生的收缩或膨胀引起的误差。当填充液收缩或膨胀时，会产生一个回压作用在变送器膜片上引起测量误差。这就是温度变化影响差压读数的原因。

5.2.1.1 温度对于平衡型系统的影响

5.2.1.2 温度对于调整型系统的影响

以高压侧直接安装而低压侧毛细管安装为例。

当填充液温度上升时，填充液在低压侧膨胀，高压侧由于直接安装，填充液的量非常少，高压侧的填充液膨胀可以忽略不计。低压侧填充液膨胀引起低压侧产生一个正向的回压，因此差压值读数会变小，即换算成差压值后产生一个负向误差。

当填充液温度下降时，填充液在低压侧收缩，高压侧由于直接安装，填充液的量非常少，高压侧的填充液收缩可以忽略不计。低压侧填充液膨胀引起低压侧产生一个负向的回压，因此差压值读数会变大，即换算成差压值后产生一个正向误差。

5.2.2 压头温度影响误差

因此压头温度影响误差只受法兰间距和填充液密度影响。所以平衡型系统和调整型系统具有同样的压头温度影响误差。

当填充液温度上升时，填充液的密度减小，则低压侧压力减小，换算成差压DP后为正向误差;

当填充液温度下降时，填充液的密度增加，则低压侧压力增加，换算成差压DP后为负向误差。

5.2.3 平衡型系统和调整型系统温度影响误差分析比较

差压隔膜密封系统在温度变化时，密封膜盒温度影响误差和压头影响误差将随温度的变化同时变化。因此，差压隔膜密封系统的总体系统误差是密封膜盒温度影响误差与压头影响误差的和。

传统平衡型系统，在差压变送器的两侧采用相同的密封和相同长度的毛细管，在产生密封膜盒温度影响误差时，将产生相同的（或几乎相同的）压力变化。由于压力变化相等，在差压变送器的两侧，密封膜盒温度影响误差相互抵消，因此，平衡型系统的总体系统误差等于压头温度影响误差。

调整型系统，假设高压侧填充液的量非常少，高压侧的填充液随温度的影响可以忽略不计，当温度上升时，压头温度影响误差可引起正误差，然而调整型系统密封膜盒温度影响误差可产生负误差，则调整型系统的总体系统误差小于压头温度影响误差，也就是小于平衡型系统的总体系统误差。

反之，當温度下降时，压头温度影响误差可引起负误差，然而调整型系统密封膜盒温度影响误差可产生正误差，则同样调整型系统的总体系统误差小于压头温度影响误差，也就是小于平衡型系统的总体系统误差。

进一步探讨调整型系统的原理，调整型系统相当于对总体系统误差进行了补偿，假设将总体系统误差降低到最低限度甚至消除，则需要产生与压头温度影响误差大小相等的膜盒密封温度影响误差。除了减少高压侧毛细管填充液体体积外，通过降低高压侧膜片刚度，增加低压填充液体体积，提高填充液体热膨胀系数和或增加低压侧膜片刚度，进一步提高隔膜密封系统的性能。由于变量数量较多，且多数变量涉及制造厂家的内部参数，差压隔膜密封系统的总体系统误差需要由生产厂家借助其软件工具来计算。

6 结论

差压隔膜密封系统存在固有温度引起的误差。误差主要由填充液体的物理特性随温度变化而发生变化所引起的。总体系统误差还是容器过程连接间距与隔膜密封系统机械设计之间的作用结果。在传统平衡系统组态下，总体系统误差未得到补偿。

不平衡的调整型系统可通过降低高压侧毛细管体积对系统总体误差进行补偿。通过改变膜片弹性系数，系统填充体积和填充液体的类型进一步提高性能，降低体积和改变组态可对填充液体的比重变化进行补偿，因此提高差压隔膜密封系统的性能。另外，调整型系统还可直接将膜片密封安装于高压侧过程连接处，消除过多的高压侧毛细管可缩短响应时间，同时由于变送器直接安装在容器上，不需要安装支架，可降低安装成本。因此，综合各方面因素，调整型系统的性能更优于平衡型系统。

参考文献：

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