1、几种常见的水位测量平衡容器
　　
　　差压式水位计用于测量锅炉汽包水位，其平衡容器通常有单室平衡容器、简单双室平衡容器、蒸汽罩式双室平衡容器以及蒸汽罩补偿式平衡容器（即带中间抽头的双室平衡容器）4种。
　　
　　1.1单室平衡容器
　　
　　单室平衡容器又叫简单平衡容器，如图1所示，其结构简单，安装方便，但测量误差较大。当锅炉在额定汽压运行，水位为正常水位时，其输出的差压△p比较稳定，测量较准确；当汽压下降时（即使此时的水位保持不变，正压侧压力（p+）变化不大），负压侧的压力（p-）将显著增大，致使平衡容器输出差压减小，水位表指示偏高。
　　
　　由图1可以得到水位测量关系式：　　
　　图1和式（1）、式中：ρc为平衡容器内水密度，kg/m3；ρw为汽包内饱和水密度，kg/m3；ρs。为汽包内饱和汽密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；H为汽包水位，m；△p为平衡容器输出差压，kPa；L为水位计量程，m。　　
　　由图1可以看出，正压侧压力p+由恒定的水柱高度维持（汽包内的蒸汽经过正压侧一次门“1”注入平衡容器内并凝结成水，利用溢流原理将多余的水流回汽包。），负压侧压力p-则随汽包水位变化而变化，所以△p即随汽包水位而变化。
　　
　　但是，由于汽包内的饱和水与平衡容器内的冷凝水温度不同（即密度不同），会导致测量误差。为了减少此误差，通常是使平衡容器的安装标高（正负压取样管的垂直距离L）与二次显示仪表的刻度全量程一致，并在二次表校验时，按运行额定参数和环境平均温度，考虑密度影响的修正值。单室平衡器一般用于测量低温、低压容器的水位，在用于测量锅炉汽包水位时，要运用水位测量的汽压自动校正系统才能实现较准确的测量。
　　
　　1.2双室平衡容器
　　
　　双室平衡容器（简单双室平衡容器）的结构如图2所示。　　
　　双室平衡容器的正压侧与单室平衡容器一样，维持恒定水柱高度，负压侧置于平衡容器内，上部比正压管下缘高10mm左右，下部与汽包的水室相连通，其水柱高度随着汽包水位的变化而变化。
　　
　　双室平衡容器的优点是内外2根管内水的温度比较接近，减少了采用单室平衡容器因正负压取样管内水的密度不同所引起的测量误差，但是，由于平衡容器内的温度远远低于汽包内的温度，故负压管内的水位比汽包实际水位偏低，因而产生测量误差。当汽压和平衡容器环境温度变化时，此误差是个变数。
　　
　　双室平衡容器的水位测量关系式与单室平衡容器相同。
　　
　　1.3蒸汽罩式双室平衡容器
　　
　　蒸汽罩式双室平衡容器是采用汽包内饱和蒸汽来加热正、负压侧取样管内的水，使之处于饱和温度，即ρc＝ρw，从而消除了简单双室平衡容器内水温度与汽包内水温度不同带来的测量误差，其结构如图3所示。
　　
　　由于ρc＝ρw，蒸汽罩式双室平衡容器的水柱-差压关系式为：　　
　　蒸汽罩双室平衡容器虽然消除了环境温度对水位测量的影响，但当汽压p降低时，虽然实际水位不变，但由于饱和水密度增加，正压管压力p+增大，平衡容器输出差压也将显著增大，导致水位指示偏低。
　　
　　1.4蒸汽罩补偿式平衡容器
　　
　　鉴于当汽压变化时，单室平衡容器和蒸汽罩双室平衡容器的输出差压变化方向恰好是相反的，于是提出了蒸汽罩补偿式平衡容器（即带中间抽头的双室平衡容器），其结构如图4所示。　　
　　蒸汽罩补偿式平衡容器正压侧取样管的水柱改由2段组成，ι段保持饱和温度，L—ι段保持室温。适当选择2段的比例，即可获得在某一特定水位（如正常水位）下平衡容器输出的差压值不受汽压变动的影响。
　　
　　目前，测量中小型锅炉汽包水位时，广泛采用蒸汽罩补偿式平衡容器，用蒸汽罩对正压恒位水槽加热，使槽内的水在任何情况下都与汽包压力下饱和水的密度相同，不受环境温度的影响。蒸汽罩的加热蒸汽取自汽包的蒸汽室，凝结水经疏水管“4”流至锅炉下降管。
　　
　　为了使平衡容器能迅速达到正常的工作状态，在汽包与平衡容器的连接管之间加装汽侧一次门，当锅炉开始升压时，要关闭该阀门，使较高压力的炉水由疏水管注入平衡容器，并迅速充满正压恒位水槽。这样，待仪表管路冲洗后，打开该阀门，水位表即可正常投入。
　　
　　在锅炉参数变化时，为了保证汽包水位一定，差压与水位成单值函数，密度补偿长度ι必须选择合适，ι值的确定是在水位为正常水位H0时求取的。因此，只有当汽包水位为H0时，才能进行良好的密度补偿。
　　
　　ι值的计算公式如下：　　
　　式中：ρwe、ρse为额定汽压下饱和水和饱和蒸汽的密度，kg/m3；ρw、ρs为与补偿范围下限压力相应的饱和水和饱和蒸汽密度，kg/m3；α为比例系数。
　　
　　由于饱和水密度和饱和蒸汽密度与汽压之间为非线性关系，因此，即使线性化后，式（5）中的比例系数。对于不同的汽压范围，其数值也有所不同。如：汽压为4.41MPa时，α＝－0.18；汽压为10.78MPa时，α＝－0.26；汽压为14.7MPa时，α＝－0.32。
　　
　　蒸汽罩补偿式平衡容器的水位-差压转换关系式如下：　　
　　2、平衡容器选型
　　
　　锅炉在正常运行时，汽包水位将保持在正常水位附近。从这个角度出发，对于中、小型锅炉，在汽包水位测量不采用汽压自动校正（补偿）系统条件下，以采用蒸汽罩补偿式平衡容器（带中间抽头的双室平衡容器）为宜。对于采用汽压校正（补偿）的水位测量系统（高压或超高压锅炉），当平衡容器安装现场环境温度较稳定时，以采用单室平衡容器为宜，因为其结构简单、安装方便，同时还可避免在采用双室平衡容器时汽压骤然下降，造成饱和水汽化而丧失正压头的危险。但如果平衡容器安装现场环境温度变化较大时，以采用蒸汽罩式双室平衡容器为宜。
　　
　　3、汽包水位测量的压力校正（补偿）
　　
　　3.1单室平衡容器、简单双室平衡容器
　　
　　由式（1）可知，如果将差压信号△p与反映密度变化的信号（ρc－ρs）gL代数相减，再除以密度变化信号（ρw－ρs）g，则测量系统的输出为水位H。平衡容器的汽包压力自动校正系统如图5所示。　　
　　图中f（x1）和f（x2）为函数转换器，其输出分别为（ρc－ρs）gL和（ρw－ρs）g，二者能自动跟随汽包压力变化而变化，达到自动校正汽包压力的目的。由于采用单室平衡容器时ρc仍随环境温度变化，因此，测量上仍有一定的测量误差，该误差的大小取决于ρc随环境温度变化的大小。
　　
　　3.2蒸汽罩双室平衡容器的压力校正
　　
　　由于蒸汽罩的作用，蒸汽罩双室平衡容器内凝结水的密度与汽包饱和水的密度相同，不受环境温度的影响。由式（4）可得到其压力校正系统（图6）。　　
　　函数转换器f（x2）接受汽包压力信号，输出为（ρw－ρs）g，经除法器与差压信号相除，再送人减法器与代表L的定值电压相减，便得到汽包水位H。
　　
　　3.3蒸汽罩补偿式平衡容器的压力校正
　　
　　由式（6）可得到蒸汽罩补偿式平衡容器水位测量压力校正系统（图7）。　　
　　综上所述，在汽包压力校正系统中，f（x1）用来描述（ρc－ρs）与汽压的关系，f（x2）用来描述（ρw－ρs）与汽压的关系。这些关系在实际应用中可采用多折线函数发生器来实现；在采用微处理器或计算机控制系统的情况下，可采用较复杂的计算式，亦可采用按汽压分段的多段计算式以提高计算精度。此外，还可利用计算机控制系统强大的存储功能，采用查表的方法实现汽包水位的压力自动校正（补偿）。但由于汽包水位测量涉及的因素较多，压力校正的精度要求适可而止。而且，以上讨论都是在假定凝结水温度恒定的情况下给出的。在火电厂运行现场，凝结水温度是随环境温度和运行状况而变化的，因此，单纯提高压力补偿精度而忽略环境温度的影响也是不合适的。
　　
　　4、结语
　　
　　（1）锅炉汽包水位平衡容器的选型应因地制宜。
　　
　　（2）平衡容器有多种压力校正方式，其校正精度可酌情而定，但要适度。