差壓變送器

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雙法蘭差壓變送器安裝在不同的容器液位測量中的區別

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 摘要:針對雙法蘭差壓變送器在開口容器、密閉容器液位測量中,對不同的安裝位置、校驗方法,進行了說明分析。

 
雙法蘭差壓變送器是一種在工業生產領域非常常見的一種熱工測量儀表種類,主要作用於測量液體介質的壓力、液位和流量等物理參數。目前,工業自動化生產裝置中,雙法蘭差壓變送器的應用範圍愈加廣泛,但作為通用型的測量儀表,也經常會發生運行的故障,如果生產中遇到問題,就需要及時地進行故障解決,倘若不能迅速處理,必定會在一定程度上影響操作人員的參數調控,生產的無法正常進行,有的嚴重故障甚至會危及人身安全。
 
1 雙法蘭差壓變送器簡介
         差壓變送器是測量變送器兩端壓力之差的變送器,輸出標準信號(如 4 mA ~ 20 mA、0 V ~ 5 V)。差壓變送器與一般的壓力變送器不同的是它們均有2 個壓力接口,差壓變送器一般分為正壓端和負壓端,一般情況下,差壓變送器正壓端的壓力應大於負壓段壓力才能測量。差壓變送器用於測量液體、氣體和蒸汽的液位、密度和壓力,然後將其轉變成4 mA ~20 mA DC 的電流信號輸出。JT - 3051DP也可以通過 BRAIN 手操器或 CENTUM CS/μXL 或HART 275 手操器相互通訊,通過它們進行設定和監控等。
 
2 雙法蘭差壓變送器工作原理
          壓力和差壓變送器作為過程控製係統的檢測變換部分,將液體、氣體或蒸汽的差壓(壓力)、流量、液位等工藝參數轉換成統一的標準信號(如 DC 4 mA ~20 mA 電流),作為顯示儀表、運算器和調節器的輸入信號,以實現生產過程的連續檢測和自動控製。雙法蘭差壓變送器由測量部分和轉換放大電路組成,如圖 1 所示。雙法蘭差壓變送器的測量部分常采用差動電容結構,如圖 2。中心可動極板與兩側固定極板構成兩個平麵型電容 H C 和 L C 。可動極板與兩側固定極板形成兩個感壓腔室,介質壓力是通過兩個腔室中的填充液作用到中心可動極板。一般采用矽油等理想液體作為填充液,被測介質大多為氣體或液體。隔離膜片的作用既傳遞壓力,又避免電容極板受損。
測量轉換電路差動電容結構
       當正負壓力(差壓)由正負壓導壓口加到膜盒兩邊的隔離膜片上時,通過腔室內矽油液體傳遞到中心測量膜片上,中心感壓膜片產生位移,使可動極板和左右兩個極板之間的間距不相對,形成差動電容,若不考慮邊緣電場影響,該差動電容可看作平板電容。差動電容的相對變化值與被測壓力成正比,與填充液的介電常數無關,從原理上消除了介電常數的變化給測量帶來的誤差。
 
        差壓變送器是測量變送器兩端壓力之差的變送器。所測量的結果是壓力差,差壓變送器與一般的壓力變送器不同的是它們均有 2 個壓力接口,差壓變送器一般分為正壓端和負壓端,一般情況下,差壓變送器正壓端的壓力應大於負壓段壓力才能測量。測量介質正負兩端的壓力差,轉化成可以反應壓力差的標準電流信號(4 mA ~20 mA)。
 
3 液位測量
3. 1 變送器安裝在開口容器液位測量中
如圖 3 所示,高壓室法蘭與容器低端法蘭相接,而低壓室法蘭安裝在與高壓室法蘭同一水平線上的大氣中。
高壓室法蘭與容器低端法蘭的連接
那麽變送器量程為:L = H·p 1
零點遷移量為:A = h 1 ·p 1
最低測量液位時,作用於變送器上的等效靜壓差為:P 1 = h 1 ·p 1 = A
最高測量液位時,作用於變送器上的等效靜壓差為:P 2 = (H + h 1 )·p 1 = H + p 1 + A
式中:H———最低測量液位到最高測量液位之間的高度;h 1 ———最低測量液位到容器低端法蘭中心線之間的高度;p 1 ———被測液體介質的比重。變送器校驗範圍為:
P = △P 1 ~ △P 2 = A ~ H·p 1 + A
 
3. 2 變送器安裝在密閉容器液位測量中
如圖 4 所示,高壓室法蘭與容器高端法蘭相接,而低壓室法蘭與容器低端法蘭相接。
高壓室法蘭與容器高端法蘭的連接
那麽變送器量程為:L = H·p 
零點遷移量為:A = h 3 ·p 2 - h 1 ·p 1
最低測量液位時,作用於變送器上的等效靜壓差為:△P 1 = h 3 ·p 2 - h 1 ·p 1 = A
最高測量液位時,作用於變送器上的等效靜壓差為:P 2 = h 3 ·p 2 - h 1 ·p 1 - H·p 1 = A - H·p 1
式中:H 3 ———容器高低端法蘭中心線之間的高度。
 
變送器校驗範圍為:
P = △P 1 ~ △P 2 = A ~ A - H·p 1
雙法蘭差壓變送器所測量的結果是壓強差,即△P = ρg△h。而由於罐往往是圓柱形,其截麵圓的麵積 S 是 不 變 的,那 麽,重 力 G = △P · S =ρg△h·S,S 不變,G 與△P 成正比關係。即隻要準確地檢測出△P 值,與高度△h 成反比,在溫度變化時,雖然液體體積膨脹或縮小,實際液位升高或降低,所檢測到的壓力始終是保持不變的。如果生產現場需要顯示實際液位,也可以引入介質溫度補償予以解決。
 
4 變送器校驗方法
4. 1 常規式雙法蘭差壓變送器的校驗方法
先將阻尼調至零狀態,先調零點,然後加滿度壓力調滿量程,使輸出為 20 mA,在現場調校講的是快,在此介紹零點、量程的快速調校法。調零點時對滿度幾乎沒有影響,但調滿度時對零點有影響,在不帶遷移時其影響約為量程調整量的 1/5,即量程向上調整 1 mA,零點將向上移動約 0. 2 mA,反之亦然。例如:輸入滿量程壓力為 100 kPa,該讀數為19. 900 mA,調量程電位器使輸出為 19. 900 +(20. 000 -19. 900) ×1. 25 =20. 025 mA。量程增加0. 125 mA,則零點增加 1/5 × 0. 125 = 0. 025. 調零點電位器使輸出為 20. 000 mA。零點和滿量程調校正常後,再檢查中間各刻度,看其是否超差,必要時進行微調。然後進行遷移、線性、阻尼的調整工作。
 
4. 2 智能差壓變送器的校準
用上述的常規方法對智能變送器進行校準是不行的,因為這是由 HART 變送器結構原理所決定了。因為智能變送器在輸入壓力源和產生的 4 mA~20 mA 電流信號之間,除機械、電路外,還有微處理芯片對輸入數據的運算工作,因此調校與常規方法有所區別。實際上廠家對智能變送器的校準也是有說明的,如 EJA 的變送器,對校準就有:“設定量程”、“重定量程”、“微調”之分。其中“設定量程”操作主要是通過 LRV、URV 的數字設定來完成配置工作,而"重定量程"操作則要求將變送器連接到標
準壓力源上,通過一係列指令引導,由變送器直接感應實際壓力並對數值進行設置。而量程的初始、最終設置直接取決於真實的壓力輸入值。但要看到盡管變送器的模擬輸出與所用的輸入值關係正確,但過程值的數字讀數顯示的數值會略有不同,這可通過微調項來進行校準。由於各部分既要單獨調校又必需要聯調,因此實際校準時可按以下步驟進行:
 
(1)先做一次 4 mA ~ 20 mA 微調,用以校正變送器內部的 D/A 轉換器,由於其不涉及傳感部件,無需外部壓力信號源。
(2)再做一次全程微調,使 4 mA ~20 mA、數字讀數與實際施加的壓力信號相吻合,因此需要壓力信號源。
(3)最後做重定量程,通過調整使模擬輸出4 mA ~20 mA 與外加的壓力信號源相吻合,其作用與變送器外殼上的調零(Z)、調量程(R)開關的作用完全相同。
 
5 結束語
以上對雙法蘭變送器介紹的安裝位置、校驗分析都是內蒙古蘭太實業股份有限公司製鹽分公司現場使用的方法。

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