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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量的特性,而且適合各種復(fù)雜的工況,參數(shù)調(diào)節(jié)簡單方便,對現(xiàn)場環(huán)境要求較低,可以靈活調(diào)整測量高度,在測量液位中取得了廣的應(yīng)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(biāo),過高過低都是危險的,所以要對水位進(jìn)行自動控制。目前,比較成熟測量水位是采用差壓變送器進(jìn)行測量,使水位保持在安全的范圍內(nèi),同時使水位的變化轉(zhuǎn)化成一個標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。
1差壓變送器 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(fù)壓室;分別向兩個壓室中引入壓力時,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,這個位移(位移趨勢)與兩個壓室的壓力差成正比,通過內(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)的信號輸出,通常輸出的信號為標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA電流信號。
在實際構(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(zhuǎn)換方式:根據(jù)采用不同的傳感器會有不同的轉(zhuǎn)換方式,但可以肯定的是zui終都是轉(zhuǎn)換為電信號。標(biāo)準(zhǔn)信號:在目前生產(chǎn)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zui低液面不在同一位置,根據(jù)差壓變送器安裝位置或測量容器的不同,有正遷移、負(fù)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(nèi)液位的測量。安裝時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zui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=ρgH+ρgh。
當(dāng)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(dāng)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(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,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時輸出信號大小為4mA,當(dāng)壓力為60Kpa時輸出信號為20mA。由于現(xiàn)場儀表多屬于支持Hart協(xié)議的智能型儀表,所以可直接用手持器對參數(shù)進(jìn)行更改設(shè)置。
2.2 負(fù)遷移
對于密閉的容器而言,在測量液位的同時又要保證內(nèi)部的介質(zhì)不能泄露,這時就要采取負(fù)遷移的措施來實現(xiàn)液位的測量。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(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)壓取壓點距離為H(即所測zui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,P+=F,P_=ρgH+F,△P=P+-P_=F-ρgHF=-ρgH,變送器負(fù)壓側(cè)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(dāng)H=Hmax時,P+=ρgH+F,P_=ρgH+F,△P=P+-P_=ρgH+F-ρgH-F=0,變送器兩側(cè)差壓為0,輸出20mA;
雖然滿量程時與實際液位相符,但當(dāng)液位高度H<Hmax(zui大液位高度)時,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際液面所對應(yīng)的信號輸出,同時變送器與液位正常的線性關(guān)系被打破。要使輸出信號與實際液位相符,必須要消除負(fù)壓側(cè)的靜壓力,即對變送器進(jìn)行負(fù)遷移,遷移量為ρgH;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,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 無遷移
在正常生產(chǎn)下,現(xiàn)場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)過程中無遷移的情況很少能滿足復(fù)雜的生產(chǎn)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 差壓變送器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(dá)變送器膜盒,有可能正壓側(cè)與取壓點之間被堵,導(dǎo)致被測值偏低。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,說明負(fù)壓引壓管里面的液體沒有達(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)顯示上下波動頻繁。出現(xiàn)上下波動,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)零點漂移。由于生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境可能對變送器產(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(jié)
的測量是工業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)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(chǎn)中進(jìn)行靈活運用,及時發(fā)現(xiàn)并解決現(xiàn)場儀表的故障,快速消除因為儀表故障導(dǎo)致的生產(chǎn)停頓,同時又可以及時對相關(guān)的控制方案做進(jìn)一步改進(jìn)。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量的特性,而且適合各種復(fù)雜的工況,參數(shù)調(diào)節(jié)簡單方便,對現(xiàn)場環(huán)境要求較低,可以靈活調(diào)整測量高度,在測量液位中取得了廣的應(yīng)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(biāo),過高過低都是危險的,所以要對水位進(jìn)行自動控制。目前,比較成熟測量水位是采用差壓變送器進(jìn)行測量,使水位保持在安全的范圍內(nèi),同時使水位的變化轉(zhuǎn)化成一個標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。
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