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差壓變送器
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差壓變送器在測量液位中的應用及其常見故障分析

作時間:2015-04-30  來源:河南佰利聯化學股份有限公司  作者:張利超,張文利
   

在工業化生產中,液位的高低直接影響生產的安全進行,所以對液位的不間斷監控尤其重要。差壓變送器正是由于不間斷測量的特性,而且適合各種復雜的工況,參數調節簡單方便,對現場環境要求較低,可以靈活調整測量高度,在測量液位中取得了廣的應用。尤其是鍋爐在使用時,水位的高低是一項極其重要的指標,過高過低都是危險的,所以要對水位進行自動控制。目前,比較成熟測量水位是采用差壓變送器進行測量,使水位保持在安全的范圍內,同時使水位的變化轉化成一個標準電流輸出。CR0壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
1 工作原理
    差壓變送器的基本原理是:將一個空間用敏感元件(如膜盒)分割為兩個壓室,即正壓室和負壓室;分別向兩個壓室中引入壓力時,傳感器在正壓和負壓的共同作用下,產生一定的位移或者位移的趨勢,這個位移(位移趨勢)與兩個壓室的壓力差成正比,通過內部轉換電路將位移量轉換為反應差壓大小的標準的信號輸出,通常輸出的信號為標準的4~20mA電流信號。
 
    在實際構造中,敏感元件的結構、轉換方式、標準信號等都有很多種。結構方面:有電阻應變片、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,因為它具有價格低、線性好、便于維修、遷移量大、較高的精度等特性。轉換方式:根據采用不同的傳感器會有不同的轉換方式,但可以肯定的是非常終都是轉換為電信號。標準信號:在目前生產中有電流信號、電壓信號兩種,通常采用的是4~20mA電流信號。
 
2 遷移方式
    在實際測量中,變送器的安裝位置往往與被測液體的非常低液面不在同一位置,根據差壓變送器安裝位置或測量容器的不同,有正遷移、負遷移和無遷移3種[。
 
2.1 正遷移
    變送器的正遷移適用于敞口或非敞口容器內液位的測量。安裝時正壓室連接容器接口,負壓室與大氣或者低壓側相通。假設容器為敞口容器,差壓變送器的位置比非常低液位低h距離,假設容器內液體密度為ρ,容器內液位高度為H,△P為變送器所受的壓力,則△P=ρgH+ρgh。
 
    當H=0時,△P=ρgh,差壓變送器正壓室存在一個靜壓力,壓力大小為ρgh,使其輸出電流信號大于4mA。
    當H=Hmax時,△P=ρgH+ρgh,變送器輸出大于20mA,所以必須把靜壓力ρgh消除掉,才能保證測量的液位高度與實際的液位相符,所以要對變送器進行調校。
    假設變送器的量程為40KPa,遷移量為20KPa,正常的調校方法為:將變送器水平放置在地面上,正壓側通入信號,負壓側接大氣,通入24V DC電源(必要情況下可在回路中串入250Ω電阻),調整變送器壓力為20Kpa時輸出信號大小為4mA,當壓力為60Kpa時輸出信號為20mA。由于現場儀表多屬于支持Hart協議的智能型儀表,所以可直接用手持器對參數進行更改設置。
 
2.2 負遷移
    對于密閉的容器而言,在測量液位的同時又要保證內部的介質不能泄露,這時就要采取負遷移的措施來實現液位的測量。以蒸汽汽包為例,為了防止汽包內的雜質堵塞導壓管或者氣泡進入正負壓室,在變送器和所測容器的中間要安裝隔離罐(隔離罐長度與取壓點距離相同),并沖入水(如果所測介質具有腐蝕性,可在隔離罐中沖入)。假設變送器正負壓室取壓管處于同一水平面,水的密度為ρ,汽包內壓力為F,汽包正負壓取壓點距離為H(即所測非常大液位)。變送器所受靜壓力為△P(正負壓室壓力差)。 
 
當H=0時,P+=F,P_=ρgH+F,△P=P+-P_=F-ρgHF=-ρgH,變送器負壓側存在一個靜壓力,壓力大小為ρgH,使得變送器的輸出小于4mA。
 
當H=Hmax時,P+=ρgH+F,P_=ρgH+F,△P=P+-P_=ρgH+F-ρgH-F=0,變送器兩側差壓為0,輸出20mA;
 
雖然滿量程時與實際液位相符,但當液位高度H<Hmax(非常大液位高度)時,變送器負壓側壓力一直比正壓側壓力大,使得變送器的輸出一直小于實際液面所對應的信號輸出,同時變送器與液位正常的線性關系被打破。要使輸出信號與實際液位相符,必須要消除負壓側的靜壓力,即對變送器進行負遷移,遷移量為ρgH;正常情況下,負壓側充滿液體(一般是水),假設滿液位是60cm,則負遷移是-6Kpa,在沒有液位的情況下,壓變顯示-6Kpa,即P+=0,P_=6Kpa,△P=P+-P_=0-6=-6Kpa;當容器液位達到60cm時,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壓室是相同的)。
 
2.3 無遷移
    在正常生產下,現場的安裝位置不可能和壓變的正負壓處于同一位置,而且生產過程中無遷移的情況很少能滿足復雜的生產情況。所以使用無遷移的情況相比其他兩種要少,這里就不再過多敘述。
 
3 常見故障分析及解決辦法
1)顯示偏高或偏低。如果顯示液位比實際液位偏低,說明容器正壓壓力沒有到達變送器膜盒,有可能正壓側與取壓點之間被堵,導致被測值偏低。這種情況只要清除正壓部分的雜質即可恢復正常。如果偏高,說明負壓引壓管里面的液體沒有達到所設定的負遷移量(比如正常有6Kpa,現在只有5Kpa),只要調節閥門使負壓部分的引壓管充滿液體,達到6Kpa即可。
 
2)顯示上下波動頻繁。出現上下波動,很有可能是負壓室引壓管里有汽包,導致負壓部分壓力不穩定,只要排出氣泡并重新充滿液體即可。
 
3)零點漂移。由于生產現場環境可能對變送器產生一定的干擾,從而導致變送器內部所設定的參數發生變化,如果在重復1)、2)之后不能解決問題,就有必要停表檢查變送器的零點并校正。輕微的漂移并不影響實際的測量值。
 
4 小結
    精準的測量是工業生產穩定運行的前提,只有全面掌握、了解差壓變送器的工作原理、遷移方式、常見故障,才能在生產中進行靈活運用,及時發現并解決現場儀表的故障,快速消除因為儀表故障導致的生產停頓,同時又可以及時對相關的控制方案做進一步改進。在工業化生產中,液位的高低直接影響生產的安全進行,所以對液位的不間斷監控尤其重要。差壓變送器正是由于不間斷測量的特性,而且適合各種復雜的工況,參數調節簡單方便,對現場環境要求較低,可以靈活調整測量高度,在測量液位中取得了廣的應用。尤其是鍋爐在使用時,水位的高低是一項極其重要的指標,過高過低都是危險的,所以要對水位進行自動控制。目前,比較成熟測量水位是采用差壓變送器進行測量,使水位保持在安全的范圍內,同時使水位的變化轉化成一個標準電流輸出。
 
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