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差壓變送器在測量液位中的正确選擇和應用 [2015/5/13]

  差壓變送器是一種在工業生産領域非常常見的一種熱工測量儀表種類,主要作用于測量液體介質的壓力,液位液位計物位計物位變送器液位變送器電容式物位計電容式液位計電容式物位變送器電容式液位變送器物位開關液位開關電容液位計電容物位計液位儀表物位儀表電容液位變送器電容物位變送器射頻電容式液位開關射頻電容式物位開關電容式液位開關電容式物位開關音叉式液位開關和流量等物理參數。目前,工業自動化生産裝置中,差壓變送器的應用範圍愈加廣泛,但作為通用型的測量儀表,也經常會發生運行的故障,如果生産中遇到問題,就需要我們能夠及時地加以解決,倘若不能迅速處理,必定會在一定程度上影響生産的正常進行,有的嚴重故障甚至會危及人身安全。此文便是潤中儀表科技有限公司通過長期積累的經驗,簡要探讨差壓變送器在液位測量中的運用。
  一、 差壓變送器的工作原理
  差壓變送器通常用于測量密閉容器内的液位,利用液體自身重力産生的壓力差來測量容器内液體的液位(如圖1)。其高壓側測量管(位于圖上方)由于蒸汽凝結,始終處于充滿水狀态,保持壓力恒定,而低壓側測量管(位于圖下方)與容器組成聯通器,其壓力随容器内液位的變化成線性變化。
  設△P為變送器接收到的差壓信号,P0為容器内部壓力,P+為變送器正壓側壓力,P-為變送器負壓側壓力;ρ為容器内液體的密度;g為重力加速度;h1為工藝零點到容器上部取壓口的高度;h2為容器工藝液位;h為變送器到工藝液位零點的高度。則有:
  P+=P0+ρgh1+ρgh
  P-=P0+ρgh2+ρgh
  △P=P+-P-=ρgh1-ρgh2
  當液面由h2=0變化為h2=h1時,差壓變送器所測得的差壓由最大值變為ΔP=0,通過設置變送器,輸出電流由4mA變為20m。
  二、 差壓變送器的安裝要求
  要做到準确測量液位,除對差壓變送器進行正确選擇和校驗外,還必須注意整個系統的安裝符合要求。變送器的示值有時并不能反映被測介質的實際參數,因為測量系統本身會産生誤差。系統安裝要求包括:取壓口的開口位置、連接導管的合理鋪設和變送器的安裝位置等。
  首先,取壓口應處于流體流動平穩和無渦流的區域,在工藝上應能保證測得所要選取的工藝參數。比如用差壓變送器測量鍋爐汽包水位時,汽包實際水位在汽包軸向和徑向上的分布是不同的,一般在軸向,中間水位高,兩側水位低;沿徑向,下降管較密的一側較高。某發電廠汽輪機凝汽器液位變送器由于測量點取點位置接近凝結泵入口,在凝結泵運行時造成取點位置處水面的下陷,從而導緻變送器示值明顯偏低,後将測量筒的位置移至距凝結泵入口較遠處,凝汽器水位變送器與就地實際水位指示一緻,保證了凝汽器安全、穩定運行。
  其次,測量液位時,差壓變送器測量的差壓值相對較小,一般在幾個kPa到100kPa之間,因此整個測量系統對測量精确度有很大影響。如圖1所示,在安裝導壓管時,導壓管的水平段應有一定的斜度,而且傾斜度盡可能大一點,避免在導壓管内部積存液體,緻使測量不準,在變送器量程很小的情況下,會造成變送器輸出的波動。此外,變送器投運時,應盡量排空導壓管液柱内的氣泡,這些積存的氣體會影響測量的準确度。還可以考慮在導壓管的上部拐彎最高處安置排氣裝置。
  三、變送器零位的設置
  差壓變送器測量液位時,零位的設置是非常重要的環節。當變送器的高壓(H)側、低壓(L)側與就地測量筒的高壓側、低壓側連接一緻時,高壓側導壓管始終處于充滿水狀态,變送器高壓端測得壓力為P+kPa,變送器的低壓側與低壓側導壓管相連,測得壓力為P-kPa,則變送器測得實際差壓為(P+-P-)kPa。容器液位最低時,差壓值最大,對應于變送器内部設置LRV,也就是變送器的零位,此時變送器輸出電流4mA,容器液位最高時,差壓值為0,對應于變送器内部設置URV,也就是變送器的滿度,此時變送器輸出電流20mA。
  當變送器的高壓(H)側、低壓(L)側與就地測量筒的高壓側、低壓側連接相反時,需要對變送器内部設置進行修改:即将變送器的LRV設置為(P--P+)kPa(這個差值為負數),也就是說,無論變送器與導壓管怎樣連接,變送器的滿度對應于測量容器的滿水位,差壓始終為0,即變送器的滿度URV為0kPa,輸出電流20mA。當變送器的高壓側與導壓管高壓側相連時,變送器零位LRV設置為最大差壓值,當變送器的高壓側與導壓管低壓側相連時,變送器零位LRV設置為最大差壓值的負數。
  四、變送器零位的遷移
  差壓變送器測量液位時,如果差壓變送器的正、負壓室與容器的取壓點處在同一水平面上,就不需要遷移。而在實際應用中,出于對設備安裝位置和便于維護等方面的考慮,變送器不一定都能與取壓點在同一水平面上;又如被測介質是強腐蝕性或重粘度的液體,不能直接把介質引入變送器,必須安裝隔離液罐,用隔離液來傳遞壓力信号,以防變送器被腐蝕。這時就要考慮介質和隔離液的液柱對變送器測量值的影響。當變送器的安裝位置往往與最低液位不在同一水平面上,為了能夠正确指示液位的高度,差壓變送器必須做一些技術處理,即遷移。遷移分為無遷移、負遷移和正遷移。
  所謂變送器的“遷移”,是将變送器在量程不變的情況下,将測量範圍移動。通常将測量起點移到參考點“0”以下的,稱為負遷移;将測量起點移到參考點“0”以上的,稱為正遷移。以一台30kPa量程的差壓變送器為例,無遷移量時測量範圍為0~30kPa,正遷移100%時測量範圍為30~60kPa,負遷移100%時測量範圍為-30~0kPa,負遷移50%時測量範圍為
  -15~+15kPa。
  實際操作時先确定差壓變送器的量程,校準後使用遷移螺釘将測量起始點或滿程輸出調整到相應位置或用手操器将遷移量直接輸入。例如:需測量-30~0kPa的差壓,則量程為30kPa,校驗變送器時,負壓室加壓30kPa,調整差壓變送器零點旋鈕,使其輸出為4mA;之後,負壓室不加壓,調整差壓變送器量程旋鈕,直至輸出為20mA,如果用手操器的話,将變送器的LRV設置為-30kPa,URV設置為0kPa。
  差壓變送器的測量範圍等于量程和遷移量之和,即測量範圍=量程範圍+遷移量。所以,正、負遷移的實質是改變差壓變送器量程的上、下限值,而量程的大小不變。根據差壓變送器測量液位正、負遷移的原理,在實際應用中,就可以根據儀表的使用條件、生産裝置的工藝情況和周圍環境等,對液位的測量方法進行相應的改進。
  潤中儀表科技有限公司生産的電容式變送器,其測量精度高、調試簡單,變送器本身出現故障的可能極小,當工作一個時期後,如果出現指示偏差較大,甚至不能正常指示的問題,原因主要有高、低壓側導壓管或三閥組堵塞或洩漏,遷移量改變,零位漂移,隔離液流失等,或者變送器在負壓環境中工作,變送器測量回路密封不好,外界氣體進入測量管路。當差壓變送器輸出顯示值出現偏大或偏小時,可将導壓管從三閥組件處斷開,讓負壓側通大氣,用手壓泵将差壓信号送至變送器的正壓側,觀察變送器的輸出是否正确,即輸出電流在4~20mA,誤差不超過0.8mA,如果變送器輸出正确,則可判斷是導壓管路出現了堵塞或是洩漏。
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