文章分析膜片硬度及直径、填充液的流动性和膨胀特性、毛细管直径和长度等因素对法兰式液位变送器温度性能的影响情况，并对法兰式液位变送器设计选型中应注意的事项进行了归纳总结, 以帮助工程设计人员正确选用、安装隔膜密封系统。
法兰式液位变送器是由膜片密封系统，毛细管及填充液，压力变送器或差压变送器组合而成，适用于因任何原因需要把变送器与工艺处理过程进行隔离的场合，在工程设计中经常选用该类变送器，在石化行业多用于腐蚀性、黏稠性、易结晶介质的液位、界面或流量测量。
膜片密封系统和毛细管将过程压力间接传递到变送器，因此在选用法兰式液位变送器时有许多因素要考虑。温度的影响是主要因素，如何避免或减少温度变化对法兰式液位变送器的性能影响，并尽可能提高仪表的响应时间，是正确选用法兰式液位变送器的关键。
影响法兰式液位变送器温度性能的因素
①膜片硬度及直径
膜片硬度是影响温度特性的重要参数。当充填液随着温度的变化而膨胀或收缩时，硬度小(弹性好)的膜片承受的反作用力比硬度高的膜片要小，温度变化产生的反向压力作用于法兰式液位变送器的感应膜片上，从而引起测量误差。膜片硬度越小弹性越好，硬度小弹性好的膜片在弹性范围内的形变可吸收充填液体积变化，能够减小由温度变化引起的充填液体积变化带来的压力影响，较大限度克服温度变化引起的误差。
在充填液体积因温度引起变化时，大直径膜片产生的压力测量误差较小，而较小直径膜片产生的压力测量误差较大。
以某一品牌法兰式液位变送器(单侧毛细管密封系统)为例，其填充液为DC200，密封膜片为316LSS，每20K温度变化所产生的压力测量误差如表1所列；两侧毛细管密封系统的法兰式液位变送器，每20K温度变化所产生的压力测量误差为表中误差值的25%。
表1 温度每变化20K的压力测量误差 kPa
DN 膜座误差 每米毛细管误差 系统(敏感元件)误差
40 0.87 0.30 0.90
50 0.29 0.03 0.20
80 0.09 0.09 0.03
②填充液
填充液起到压力传递的作用，充填液随着温度的变化而膨胀或收缩，填充液的流动性和膨胀特性会影响远传膜片密封系统的性能。填充液特性参见表2所示。
表2 填充液特性(25℃)
充灌液 温度极限值 相对密度 温度膨胀系数/(ml.℃-1) 动力黏度/mPa.s
DC200硅油 -40~205℃ 0.945 0.00108 9.5
DC704硅油 0~315℃ 1.07 0.00053 44
惰性填充液(卤代烃) -45~175℃ 1.85 0.000864 6.5
Sy ltherM XLT硅油 -75~150℃ 0.85 0.000666 1.6
甘油和水 -15~95 ℃ 1.13 0.00019 12.5
◆充填液膨胀系数
选择膨胀系数较小的填充液有助于减小温度变化带来的误差。填充液体积越大，其膨胀潜力也越大，因此选择毛细管的长度要尽可能短，毛细管直径要尽可以小，以减小填充液体积达到减少温度误差的目的。
◆充填液黏度
充填液的黏度为其流动性能的量度，填充液的黏度、毛细管的长度和毛细管的内径均影响摩擦阻力，摩擦阻力越大，响应时间越长。选择黏度性小的充填液将加快响应时间。
图1为DN50膜片1mm直径毛细管密封系统，在不同填充液时每米的响应时间典型值(T90%)。
图1 填充液响应时间
◆毛细管内径越小，对压力传递阻力越大，速度也越慢。毛细管内径大能加快传递速度，缩短响应时间。毛细管越长，压力信号传输距离就越长，增加了响应时间。
无论是用于差压、流量还是液位测量，正负压室密封系统的膜片规格、两端毛细管长度、填充液应相同。环境温度变化所引起的两端毛细管充灌液膨胀量相同，尽可能减少因环境温度变化造成的测量误差。
③对系统精度的影响
密封系统由于温度变化引起零点误差，毛细管填充液特性、温度和长度决定了零点压力偏移值。以DN80，316L，硅油填充液膜片密封系统为例，毛细管长度为5m，毛细管环境温度为45℃。该毛细管密封系统的“TK环境”静压曲线如图2所示 。
图2“TK环境”静压曲线
根据该曲线，毛细管长度为5m的该密封系统，对应的“TK环境”静压值为140Pa/10K。
温度变化值T=TK环境-TK校准=45℃-25℃=20℃；温度变化产生的静压值p=T×140Pa/10K=280Pa；因此该密封系统的零点漂移值是280Pa。
在测量液位或界面时，如图3所示，对于双法兰差压变送器，虽然两端毛细管的长度相同，可以克服环境温度变化膨胀量的影响，但不能克服两端毛细管静压的影响。上下两个取压口的距离(H)这段(毛细管内充填液由于温度变化而影响密度的变化，温度膨胀系数大则密度变化大)由填充液密度变化引起的静压是很难抵消 。因此应考虑选用充填液密度受温度变化影响小的充填液，也就是选用温度膨胀系数小的充填液。填充液特性表中的密度是25℃时的密度，环境温度变化将会引起填充液密度变化。
图3 法兰式液位变送器安装示意
25℃时，假如液位变送器以负迁移量-ΔP1为零点，ΔP1=ρ2×g×H；温度变化时，充填液密度的变化量为ΔP时，此时实际零点-ΔP2=(ρ2+Δp)×g×H；最终引起的静压变化值ΔP=Δρ×g×H，也就是零点飘移值。测量范围大毛细管越长、充填液膨胀系数大、环境温度变化大的情况下，零点漂移越严重。解决此问题的方案是对充填液密度变化进行温度补偿(需要精确测量时)，或者通过改变安装位置和稳定环境温度等措施把膨胀静压减到最小。
法兰式液位变送器选择毛细管的长度要尽可能短，毛细管直径要尽可能小，以减小填充液体积达到减少温度误差。
总之，合理选用法兰式液位变送器应综合考虑，既要尽可能减少环境温度变化带来的测量误差，又要满足过程测量工艺介质特性、温度、响应时间等要求。
作者：中国石油集团华东设计院 李洪伟、李胜利
