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差压变送器在测量液位中的应用及其常见故障分析

发布时间:2015-05-08 16:33    来源:金湖宏远仪表有限公司

 在工业化生产中,液位的高低直接影响生产的安全进行,所以对液位的不间断监控尤其重要。差压变送器正是由于不间断测量的特性,而且适合各种复杂的工况,参数调节简单方便,对现场环境要求较低,可以灵活调整测量高度,在测量液位中取得了广的应用。尤其是锅炉在使用时,水位的高低是一项极其重要的指标,过高过低都是危险的,所以要对水位进行自动控制。目前,比较成熟测量水位是采用差压变送器进行测量,使水位保持在安全的范围内,同时使水位的变化转化成一个标准电流输出。

 
1 工作原理
    差压变送器的基本原理是:将一个空间用敏感元件(如膜盒)分割为两个压室,即正压室和负压室;分别向两个压室中引入压力时,传感器在正压和负压的共同作用下,产生一定的位移或者位移的趋势,这个位移(位移趋势)与两个压室的压力差成正比,通过内部转换电路将位移量转换为反应差压大小的标准的信号输出,通常输出的信号为标准的4~20mA电流信号。
 
    在实际构造中,敏感元件的结构、转换方式、标准信号等都有很多种。结构方面:有电阻应变片、压阻式、电感式、电容式、谐振式等,但一般情况下都采用压阻式差压变送器,因为它具有价格低、线性好、便于维修、迁移量大、较高的精度等特性。转换方式:根据采用不同的传感器会有不同的转换方式,但可以肯定的是最终都是转换为电信号。标准信号:在目前生产中有电流信号、电压信号两种,通常采用的是4~20mA电流信号。
 
2 迁移方式
    在实际测量中,变送器的安装位置往往与被测液体的最低液面不在同一位置,根据差压变送器安装位置或测量容器的不同,有正迁移、负迁移和无迁移3种[。
 
2.1 正迁移
    变送器的正迁移适用于敞口或非敞口容器内液位的测量。安装时正压室连接容器接口,负压室与大气或者低压侧相通。假设容器为敞口容器,差压变送器的位置比最低液位低h距离,假设容器内液体密度为ρ,容器内液位高度为H,△P为变送器所受的压力,则△P=ρgH+ρgh。
 
    当H=0时,△P=ρgh,差压变送器正压室存在一个静压力,压力大小为ρgh,使其输出电流信号大于4mA。
    当H=Hmax时,△P=ρgH+ρgh,变送器输出大于20mA,所以必须把静压力ρgh消除掉,才能保证测量的液位高度与实际的液位相符,所以要对变送器进行调校。
    假设变送器的量程为40KPa,迁移量为20KPa,正常的调校方法为:将变送器水平放置在地面上,正压侧通入信号,负压侧接大气,通入24V DC电源(必要情况下可在回路中串入250Ω电阻),调整变送器压力为20Kpa时输出信号大小为4mA,当压力为60Kpa时输出信号为20mA。由于现场仪表多属于支持Hart协议的智能型仪表,所以可直接用手持器对参数进行更改设置。
 
2.2 负迁移
    对于密闭的容器而言,在测量液位的同时又要保证内部的介质不能泄露,这时就要采取负迁移的措施来实现液位的测量。以蒸汽汽包为例,为了防止汽包内的杂质堵塞导压管或者气泡进入正负压室,在变送器和所测容器的中间要安装隔离罐(隔离罐长度与取压点距离相同),并冲入水(如果所测介质具有腐蚀性,可在隔离罐中冲入)。假设变送器正负压室取压管处于同一水平面,水的密度为ρ,汽包内压力为F,汽包正负压取压点距离为H(即所测最大液位)。变送器所受静压力为△P(正负压室压力差)。 
 
当H=0时,P+=F,P_=ρgH+F,△P=P+-P_=F-ρgHF=-ρgH,变送器负压侧存在一个静压力,压力大小为ρgH,使得变送器的输出小于4mA。
 
当H=Hmax时,P+=ρgH+F,P_=ρgH+F,△P=P+-P_=ρgH+F-ρgH-F=0,变送器两侧差压为0,输出20mA;
 
虽然满量程时与实际液位相符,但当液位高度H<Hmax(最大液位高度)时,变送器负压侧压力一直比正压侧压力大,使得变送器的输出一直小于实际液面所对应的信号输出,同时变送器与液位正常的线性关系被打破。要使输出信号与实际液位相符,必须要消除负压侧的静压力,即对变送器进行负迁移,迁移量为ρgH;正常情况下,负压侧充满液体(一般是水),假设满液位是60cm,则负迁移是-6Kpa,在没有液位的情况下,压变显示-6Kpa,即P+=0,P_=6Kpa,△P=P+-P_=0-6=-6Kpa;当容器液位达到60cm时,压变显示0Kpa,P+=6Kpa,P_=6Kpa,△P=P+-P_=6-6=0Kpa(汽包上部的气体压力作用到压变正负压室是相同的)。
 
2.3 无迁移
    在正常生产下,现场的安装位置不可能和压变的正负压处于同一位置,而且生产过程中无迁移的情况很少能满足复杂的生产情况。所以使用无迁移的情况相比其他两种要少,这里就不再过多叙述。
 
3 常见故障分析及解决办法
1)显示偏高或偏低。如果显示液位比实际液位偏低,说明容器正压压力没有到达变送器膜盒,有可能正压侧与取压点之间被堵,导致被测值偏低。这种情况只要清除正压部分的杂质即可恢复正常。如果偏高,说明负压引压管里面的液体没有达到所设定的负迁移量(比如正常有6Kpa,现在只有5Kpa),只要调节阀门使负压部分的引压管充满液体,达到6Kpa即可。
 
2)显示上下波动频繁。出现上下波动,很有可能是负压室引压管里有汽包,导致负压部分压力不稳定,只要排出气泡并重新充满液体即可。
 
3)零点漂移。由于生产现场环境可能对变送器产生一定的干扰,从而导致变送器内部所设定的参数发生变化,如果在重复1)、2)之后不能解决问题,就有必要停表检查变送器的零点并校正。轻微的漂移并不影响实际的测量值。
 

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