差壓變送器在測(cè)量液位中的應(yīng)用

摘要：在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中,，越來(lái)越多的壓力變送器代替了現(xiàn)場(chǎng)就地的壓力表,，加之其性能方面的優(yōu)勢(shì),，因而在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中得到了非常廣泛的應(yīng)用,。文章對(duì)差壓變送器的工作原理,、遷移方式以及生產(chǎn)中常見(jiàn)的幾種故障進(jìn)行分析,、解決,。
0.引言
　　在工業(yè)化生產(chǎn)中,，液位的高低直接影響生產(chǎn)的安全進(jìn)行，所以對(duì)液位的不間斷監(jiān)控尤其重要,。差壓變送器正是由于不間斷測(cè)量的特性,，而且適合各種復(fù)雜的工況，參數(shù)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單方便,，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求較低,，可以靈活調(diào)整測(cè)量高度，在測(cè)量液位中取得了廣泛的應(yīng)用,。尤其是鍋爐在使用時(shí),，水位的高低是一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)，過(guò)高過(guò)低都是危險(xiǎn)的,，所以要對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)控制,。目前，比較成熟測(cè)量水位是采用差壓變送器進(jìn)行測(cè)量,，使水位保持在安全的范圍內(nèi),，同時(shí)使水位的變化轉(zhuǎn)化成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。
1.工作原理
　　差壓變送器的基本原理是：將一個(gè)空間用敏感元件（如膜盒）分割為兩個(gè)壓室,，即正壓室和負(fù)壓室,；分別向兩個(gè)壓室中引入壓力時(shí)，傳感器在正壓和負(fù)壓的共同作用下，產(chǎn)生一定的位移或者位移的趨勢(shì),，這個(gè)位移（位移趨勢(shì)）與兩個(gè)壓室的壓力差成正比,，通過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路將位移量轉(zhuǎn)換為反應(yīng)差壓大小的標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸出，通常輸出的信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的4～20m A電流信號(hào),。
　　在實(shí)際構(gòu)造中,，敏感元件的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換方式,、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)等都有很多種,。結(jié)構(gòu)方面：有電阻應(yīng)變片、壓阻式,、電感式,、電容式、諧振式等,，但一般情況下都采用壓阻式差壓變送器,，因?yàn)樗哂袃r(jià)格低、線性好,、便于維修,、遷移量大、較高的精度等特性,。轉(zhuǎn)換方式：根據(jù)采用不同的傳感器會(huì)有不同的轉(zhuǎn)換方式,，但可以肯定的是最終都是轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：在目前生產(chǎn)中有電流信號(hào),、電壓信號(hào)兩種,，通常采用的是4～20m A電流信號(hào)。
2.遷移方式
　　在實(shí)際測(cè)量中,，變送器的安裝位置往往與被測(cè)液體的最低液面不在同一位置,，根據(jù)差壓變送器安裝位置或測(cè)量容器的不同，有正遷移,、負(fù)遷移和無(wú)遷移3種[2,3],。
2.1.正遷移
　　變送器的正遷移適用于敞口或非敞口容器內(nèi)液位的測(cè)量。安裝時(shí)正壓室連接容器接口,，負(fù)壓室與大氣或者低壓側(cè)相通,。
　　假設(shè)容器為敞口容器，差壓變送器的位置比最低液位低h距離,，假設(shè)容器內(nèi)液體密度為ρ,，容器內(nèi)液位高度為H，△P為變送器所受的壓力,，則△P=ρg H+ρgh,。
當(dāng)H=0時(shí),，△P=ρgh，差壓變送器正壓室存在一個(gè)靜壓力,，壓力大小為ρgh,，使其輸出電流信號(hào)大于4m A。
當(dāng)H=Hmax時(shí),，△P=ρg H+ρgh,，變送器輸出大于20m A，所以必須把靜壓力ρgh消除掉,，才能保證測(cè)量的液位高度與實(shí)際的液位相符，所以要對(duì)變送器進(jìn)行調(diào)校,。
　　假設(shè)變送器的量程為40KPa,，遷移量為20KPa，正常的調(diào)校方法為：將變送器水平放置在地面上,，正壓側(cè)通入信號(hào),，負(fù)壓側(cè)接大氣，通入24V DC電源（必要情況下可在回路中串入250Ω電阻）,，調(diào)整變送器壓力為20Kpa時(shí)輸出信號(hào)大小為4m A,，當(dāng)壓力為60Kpa時(shí)輸出信號(hào)為20m A。由于現(xiàn)場(chǎng)儀表多屬于支持Hart協(xié)議的智能型儀表,，所以可直接用手持器對(duì)參數(shù)進(jìn)行更改設(shè)置,。
2.2.負(fù)遷移
　　對(duì)于密閉的容器而言，在測(cè)量液位的同時(shí)又要保證內(nèi)部的介質(zhì)不能泄露,，這時(shí)就要采取負(fù)遷移的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)液位的測(cè)量,。以蒸汽汽包為例，為了防止汽包內(nèi)的雜質(zhì)堵塞導(dǎo)壓管或者氣泡進(jìn)入正負(fù)壓室,，在變送器和所測(cè)容器的中間要安裝隔離罐（隔離罐長(zhǎng)度與取壓點(diǎn)距離相同）,，并沖入水（如果所測(cè)介質(zhì)具有腐蝕性，可在隔離罐中沖入）,。假設(shè)變送器正負(fù)壓室取壓管處于同一水平面,，水的密度為ρ，汽包內(nèi)壓力為F,，汽包正負(fù)壓取壓點(diǎn)距離為H（即所測(cè)最大液位）,。變送器所受靜壓力為△P（正負(fù)壓室壓力差）。
當(dāng)H=0時(shí),，P+=F,，P_=ρg H+F，△P=P+－P_=F－ρg H－F=－ρg H,，變送器負(fù)壓側(cè)存在一個(gè)靜壓力,，壓力大小為ρg H,，使得變送器的輸出小于4m A。
當(dāng)H=Hmax時(shí),，P+=ρg H+F,，P_=ρg H+F，△P=P+－P_=ρg H+F－ρg H－F=0,，變送器兩側(cè)差壓為0,，輸出20m A；雖然滿量程時(shí)與實(shí)際液位相符,，但當(dāng)液位高度H<Hmax（最大液位高度）時(shí),，變送器負(fù)壓側(cè)壓力一直比正壓側(cè)壓力大，使得變送器的輸出一直小于實(shí)際液面所對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出,，同時(shí)變送器與液位正常的線性關(guān)系被打破,。要使輸出信號(hào)與實(shí)際液位相符，必須要消除負(fù)壓側(cè)的靜壓力,，即對(duì)變送器進(jìn)行負(fù)遷移,，遷移量為ρg H；正常情況下,，負(fù)壓側(cè)充滿液體（一般是水）,，假設(shè)滿液位是60cm，則負(fù)遷移是-6Kpa,，在沒(méi)有液位的情況下,，壓變顯示-6Kpa，即P+=0,，P_=6Kpa,，△P=P+－P_=0-6=-6Kpa；當(dāng)容器液位達(dá)到60cm時(shí),，壓變顯示0Kpa,，P+=6Kpa，P_=6Kpa,，△P= P+－P_=6-6=0Kpa（汽包上部的氣體壓力作用到壓變正負(fù)壓室是相同的）,。
2.3.無(wú)遷移
　　在正常生產(chǎn)下，現(xiàn)場(chǎng)的安裝位置不可能和壓變的正負(fù)壓處于同一位置,，而且生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)遷移的情況很少能滿足復(fù)雜的生產(chǎn)情況,。所以使用無(wú)遷移的情況相比其他兩種要少，這里就不再過(guò)多敘述,。
3.常見(jiàn)故障分析及解決辦法[4,5]
1）顯示偏高或偏低,。如果顯示液位比實(shí)際液位偏低，說(shuō)明容器正壓壓力沒(méi)有到達(dá)變送器膜盒,，有可能正壓側(cè)與取壓點(diǎn)之間被堵,，導(dǎo)致被測(cè)值偏低,。這種情況只要清除正壓部分的雜質(zhì)即可恢復(fù)正常。如果偏高,，說(shuō)明負(fù)壓引壓管里面的液體沒(méi)有達(dá)到所設(shè)定的負(fù)遷移量（比如正常有6Kpa,，現(xiàn)在只有5Kpa），只要調(diào)節(jié)閥門使負(fù)壓部分的引壓管充滿液體,，達(dá)到6Kpa即可,。
2）顯示上下波動(dòng)頻繁。出現(xiàn)上下波動(dòng),，很有可能是負(fù)壓室引壓管里有汽包,，導(dǎo)致負(fù)壓部分壓力不穩(wěn)定，只要排出氣泡并重新充滿液體即可,。
3）零點(diǎn)漂移,。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可能對(duì)變送器產(chǎn)生一定的干擾，從而導(dǎo)致變送器內(nèi)部所設(shè)定的參數(shù)發(fā)生變化,，如果在重復(fù)1）、2）之后不能解決問(wèn)題,，就有必要停表檢查變送器的零點(diǎn)并校正,。輕微的漂移并不影響實(shí)際的測(cè)量值。
4.小結(jié)
　　精準(zhǔn)的測(cè)量是工業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的前提,，只有全面掌握,、了解差壓變送器的工作原理、遷移方式,、常見(jiàn)故障,，才能在生產(chǎn)中進(jìn)行靈活運(yùn)用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決現(xiàn)場(chǎng)儀表的故障,，快速消除因?yàn)閮x表故障導(dǎo)致的生產(chǎn)停頓,，同時(shí)又可以及時(shí)對(duì)相關(guān)的控制方案做進(jìn)一步改進(jìn)。