液位测量中差压变送器的运用

摘要：差压变送器是用于采集热工信号的一种重要的测量元件，测量时，应注意取样点处的水位不会受其他设备的影响。当差压变送器测量容器液位时，不论变送器的高、低压侧如何与导压管的高、低压侧连接，必须根据连接情况对变送器零点进行设置。当变送器的安装位置与容器最低液位不在同一水平面上，为了能够正确指示液位的高度，差压变送器必须做一些技术处理，即迁移。迁移分为无迁移、负迁移和正迁移。
　　差压变送器是用于采集热工信号的一种重要的测量元件，主要用于液位、流量、压力等信号的采集、转换。在工业自动化生产装置中，差压变送器的应用范围越来越广泛，生产中遇到的问题若不能迅速解决，就在一定程度上影响生产的正常进行，甚至危及安全。下面我们重点探讨差压变送器在液位测量中的运用。
　　1 差压变送器的工作原理
　　差压变送器通常用于测量密闭容器内的液位，利用液体自身重力产生的压力差来测量容器内液体的液位（如图1）。其高压侧测量管（位于图上方）由于蒸汽凝结，始终处于充满水状态，保持压力恒定，而低压侧测量管（位于图下方）与容器组成联通器，其压力随容器内液位的变化成线性变化。
　　设△P为变送器接收到的差压信号，P0为容器内部压力，P+为变送器正压侧压力，P-为变送器负压侧压力；ρ为容器内液体的密度；g为重力加速度；h1为工艺零点到容器上部取压口的高度；h2为容器工艺液位；h为变送器到工艺液位零点的高度。则有：
　　P+=P0+ρgh1+ρgh
　　P-=P0+ρgh2+ρgh
　　△P=P+-P-=ρgh1-ρgh2
　　当液面由h2=0变化为h2=h1时，差压变送器所测得的差压由最大值变为ΔP=0，通过设置变送器，输出电流由4mA变为20m。
　　2 差压变送器的安装要求
　　要做到准确测量液位，除对差压变送器进行正确选择和校验外，还必须注意整个系统的安装符合要求。变送器的示值有时并不能反映被测介质的实际参数，因为测量系统本身会产生误差。系统安装要求包括：取压口的开口位置、连接导管的合理铺设和变送器的安装位置等。
　　首先，取压口应处于流体流动平稳和无涡流的区域，在工艺上应能保证测得所要选取的工艺参数。比如用差压变送器测量锅炉汽包水位时，汽包实际水位在汽包轴向和径向上的分布是不同的，一般在轴向，中间水位高，两侧水位低；沿径向，下降管较密的一侧较高。某发电厂汽轮机凝汽器液位变送器由于测量点取点位置接近凝结泵入口，在凝结泵运行时造成取点位置处水面的下陷，从而导致变送器示值明显偏低，后将测量筒的位置移至距凝结泵入口较远处，凝汽器水位变送器与就地实际水位指示一致，保证了凝汽器安全、稳定运行。
　　其次，测量液位时，差压变送器测量的差压值相对较小，一般在几个kPa到100kPa之间，因此整个测量系统对测量精确度有很大影响。如图1所示，在安装导压管时，导压管的水平段应有一定的斜度，而且倾斜度尽可能大一点，避免在导压管内部积存液体，致使测量不准，在变送器量程很小的情况下，会造成变送器输出的波动。此外，变送器投运时，应尽量排空导压管液柱内的气泡，这些积存的气体会影响测量的准确度。还可以考虑在导压管的上部拐弯最高处安置排气装置。
　　3 变送器零位的设置
　　差压变送器测量液位时，零位的设置是非常重要的环节。当变送器的高压（H）侧、低压（L）侧与就地测量筒的高压侧、低压侧连接一致时，高压侧导压管始终处于充满水状态，变送器高压端测得压力为P+kPa，变送器的低压侧与低压侧导压管相连，测得压力为P-kPa，则变送器测得实际差压为（P+-P-）kPa。容器液位最低时，差压值最大，对应于变送器内部设置LRV，也就是变送器的零位，此时变送器输出电流4mA，容器液位最高时，差压值为0，对应于变送器内部设置URV，也就是变送器的满度，此时变送器输出电流20mA。
　　当变送器的高压（H）侧、低压（L）侧与就地测量筒的高压侧、低压侧连接相反时，需要对变送器内部设置进行修改：即将变送器的LRV设置为（P--P+）kPa（这个差值为负数），也就是说，无论变送器与导压管怎样连接，变送器的满度对应于测量容器的满水位，差压始终为0，即变送器的满度URV为0kPa，输出电流20mA。当变送器的高压侧与导压管高压侧相连时，变送器零位LRV设置为最大差压值，当变送器的高压侧与导压管低压侧相连时，变送器零位LRV设置为最大差压值的
　　负数。
　　4 变送器零位的迁移
　　差压变送器测量液位时，如果差压变送器的正、负压室与容器的取压点处在同一水平面上，就不需要迁移。而在实际应用中，出于对设备安装位置和便于维护等方面的考虑，变送器不一定都能与取压点在同一水平面上；又如被测介质是强腐蚀性或重粘度的液体，不能直接把介质引入变送器，必须安装隔离液罐，用隔离液来传递压力信号，以防变送器被腐蚀。这时就要考虑介质和隔离液的液柱对变送器测量值的影响。当变送器的安装位置往往与最低液位不在同一水平面上，为了能够正确指示液位的高度，差压变送器必须做一些技术处理，即迁移。迁移分为无迁移、负迁移和正迁移。
　　所谓变送器的“迁移”，是将变送器在量程不变的情况下，将测量范围移动。通常将测量起点移到参考点“0”以下的，称为负迁移；将测量起点移到参考点“0”以上的，称为正迁移。以一台30kPa量程的差压变送器为例，无迁移量时测量范围为0～30kPa，正迁移100%时测量范围为30～60kPa，负迁移100%时测量范围为-30～0kPa，负迁移50%时测量范围为
　　-15～+15kPa。
　　实际操作时先确定差压变送器的量程，校准后使用迁移螺钉将测量起始点或满程输出调整到相应位置或用手操器将迁移量直接输入。例如：需测量-30～0kPa的差压，则量程为30kPa，校验变送器时，负压室加压30kPa，调整差压变送器零点旋钮，使其输出为4mA；之后，负压室不加压，调整差压变送器量程旋钮，直至输出为20mA，如果用手操器的话，将变送器的LRV设置为-30kPa，URV设置为0kPa。
　　差压变送器的测量范围等于量程和迁移量之和，即测量范围=量程范围+迁移量。所以，正、负迁移的实质是改变差压变送器量程的上、下限值，而量程的大小不变。根据差压变送器测量液位正、负迁移的原理，在实际应用中，就可以根据仪表的使用条件、生产装置的工艺情况和周围环境等，对液位的测量方法进行相应的改进。
　　5 结语
　　现在常用的变送器主要有HOLLYWELL和ROSEMOUNT公司生产的电容式变送器，其测量精度高、调试简单，变送器本身出现故障的可能极小，当工作一个时期后，如果出现指示偏差较大，甚至不能正常指示的问题，原因主要有高、低压侧导压管或三阀组堵塞或泄漏，迁移量改变，零位漂移，隔离液流失等，或者变送器在负压环境中工作，变送器测量回路密封不好，外界气体进入测量管路。当差压变送器输出显示值出现偏大或偏小时，可将导压管从三阀组件处断开，让负压侧通大气，用手压泵将差压信号送至变送器的正压侧，观察变送器的输出是否正确，即输出电流在4～20mA，误差不超过0.8mA，如果变送器输出正确，则可判断是导压管路出现了堵塞或是泄漏。
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