分析差壓變送器測量液位原理及校準方式
在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域隨處可見差壓變送器,它是一種熱工測量儀表種類,主要作用于測量液體介質(zhì)的壓力,應(yīng)用范圍愈加廣泛。
差壓變送器但作為通用型的測量儀表,也會在作業(yè)過程中出現(xiàn)故障,那么在生產(chǎn)中出現(xiàn)故障問題,我們需要及時的解決,如不迅速處理,必定會在一定程度上影響生產(chǎn)的正常進行,有的嚴重故障甚至會危及人身安全。
此文便是美安特儀表通過長期積累的經(jīng)驗,簡要分析差壓變送器在液位測量中的運用。
差壓變送器的工作原理:
差壓變送器通常用于測量密閉容器內(nèi)的液位,利用液體自身重力產(chǎn)生的壓力差來測量容器內(nèi)液體的液位。其高壓側(cè)測量管(位于圖上方)由于蒸汽凝結(jié),始終處于充滿水狀態(tài),保持壓力恒定,而低壓側(cè)測量管(位于圖下方)與容器組成聯(lián)通器,其壓力隨容器內(nèi)液位的變化成線性變化。
設(shè)△P為變送器接收到的差壓信號,P0為容器內(nèi)部壓力,P+為變送器正壓側(cè)壓力,P-為變送器負壓側(cè)壓力;ρ為容器內(nèi)液體的密度;g為重力加速度;h1為工藝零點到容器上部取壓口的高度;h2為容器工藝液位;h為變送器到工藝液位零點的高度。
則有:
P+=P0+ρgh1+ρgh
P-=P0+ρgh2+ρgh
△P=P+-P-=ρgh1-ρgh2
當液面由h2=0變化為h2=h1時,差壓變送器所測得的差壓由最大值變?yōu)棣=0,通過設(shè)置變送器,輸出電流由4mA變?yōu)?0m。
變送器零位的設(shè)置:
差壓變送器測量液位時,零位的設(shè)置是非常重要的環(huán)節(jié)。當變送器的高壓(H)側(cè)、低壓(L)側(cè)與就地測量筒的高壓側(cè)、低壓側(cè)連接一致時,高壓側(cè)導壓管始終處于充滿水狀態(tài),變送器高壓端測得壓力為P+kPa,變送器的低壓側(cè)與低壓側(cè)導壓管相連,測得壓力為P-kPa,則變送器測得實際差壓為(P+-P-)kPa。容器液位最低時,差壓值最大,對應(yīng)于變送器內(nèi)部設(shè)置LRV,也就是變送器的零位,此時變送器輸出電流4mA,容器液位最高時,差壓值為0,對應(yīng)于變送器內(nèi)部設(shè)置URV,也就是變送器的滿度,此時變送器輸出電流20mA。當變送器的高壓(H)側(cè)、低壓(L)側(cè)與就地測量筒的高壓側(cè)、低壓側(cè)連接相反時,需要對變送器內(nèi)部設(shè)置進行修改:即將變送器的LRV設(shè)置為(P--P+)kPa(這個差值為負數(shù)),也就是說,無論變送器與導壓管怎樣連接,變送器的滿度對應(yīng)于測量容器的滿水位,差壓始終為0,即變送器的滿度URV為0kPa,輸出電流20mA。當變送器的高壓側(cè)與導壓管高壓側(cè)相連時,變送器零位LRV設(shè)置為最大差壓值,當變送器的高壓側(cè)與導壓管低壓側(cè)相連時,變送器零位LRV設(shè)置為最大差壓值的負數(shù)。
差壓變送器的安裝要求:
要做到準確測量液位,除對差壓變送器進行正確選擇和校驗外,還必須注意整個系統(tǒng)的安裝符合要求。變送器的示值有時并不能反映被測介質(zhì)的實際參數(shù),因為測量系統(tǒng)本身會產(chǎn)生誤差。系統(tǒng)安裝要求包括:取壓口的開口位置、連接導管的合理鋪設(shè)和變送器的安裝位置等。
首先,取壓口應(yīng)處于流體流動平穩(wěn)和無渦流的區(qū)域,在工藝上應(yīng)能保證測得所要選取的工藝參數(shù)。比如用差壓變送器測量鍋爐汽包水位時,汽包實際水位在汽包軸向和徑向上的分布是不同的,一般在軸向,中間水位高,兩側(cè)水位低;沿徑向,下降管較密的一側(cè)較高。某發(fā)電廠汽輪機凝汽器液位變送器由于測量點取點位置接近凝結(jié)泵入口,在凝結(jié)泵運行時造成取點位置處水面的下陷,從而導致變送器示值明顯偏低,后將測量筒的位置移至距凝結(jié)泵入口較遠處,凝汽器水位變送器與就地實際水位指示一致,保證了凝汽器安全、穩(wěn)定運行。其次,測量液位時,差壓變送器測量的差壓值相對較小,一般在幾個kPa到100kPa之間,因此整個測量系統(tǒng)對測量精確度有很大影響。如圖1所示,在安裝導壓管時,導壓管的水平段應(yīng)有一定的斜度,而且傾斜度盡可能大一點,避免在導壓管內(nèi)部積存液體,致使測量不準,在變送器量程很小的情況下,會造成變送器輸出的波動。此外,變送器投運時,應(yīng)盡量排空導壓管液柱內(nèi)的氣泡,這些積存的氣體會影響測量的準確度。還可以考慮在導壓管的上部拐彎最高處安置排氣裝置。
差壓變送器的應(yīng)用很廣泛,為保證其準確性、正常運行,定期檢查、校準是很有必要的。
現(xiàn)介紹一種不用拆除導壓管就進行現(xiàn)場校準的方法。
我們知道差壓變送器在應(yīng)用中是與導壓管相連接的,通常的做法,需要把導壓管和差壓變送器的接頭拆開,再接入壓力源進行校準。這樣是很麻煩的,并且工作和勞動強度大,最擔心的是拆裝接頭時把導壓管扳斷或出現(xiàn)泄漏問題。我們知道不管什么型號的差壓變送器,其正、負壓室都有排氣、排液閥或旋塞;這就為我們現(xiàn)場校準差壓變送器提供了方便,也就是說不用拆除導壓管就可校準差壓變送器。對差壓變送器進行校準時,先把三閥組的正、負閥門關(guān)閉,打開平衡閥門,然后旋松排氣、排液閥或旋塞放空,然后用自制的接頭來代替接正壓室的排氣、排液閥或旋塞;而負壓室則保持旋松狀態(tài),使其通大氣。壓力源通過膠皮管與自制接頭相連接,關(guān)閉平衡閥門,并檢查氣路密封情況,然后把電流表(電壓表)、手操器接入變送器輸出電路中,通電預熱后開始校準。
常規(guī)差壓變送器的校準:
先將阻尼調(diào)至零狀態(tài),先調(diào)零點,然后加滿度壓力調(diào)滿量程,使輸出為20mA,在現(xiàn)場調(diào)校講的是快,在此介紹零點、量程的快速調(diào)校法。調(diào)零點時對滿度幾乎沒有影響,但調(diào)滿度時對零點有影響,在不帶遷移時其影響約為量程調(diào)整量的1/5,即量程向上調(diào)整1mA,零點將向上移動約0.2mA,反之亦然。例如:輸入滿量程壓力為100Kpa,該讀數(shù)為19.900mA,調(diào)量程電位器使輸出為19.900+(20.000-19.900)×1.25=20.025mA.量程增加0.125mA,則零點增加1/5×0.125=0.025.調(diào)零點電位器使輸出為20.000mA.零點和滿量程調(diào)校正常后,再檢查中間各刻度,看其是否超差?必要時進行微調(diào)。然后進行遷移、線性、阻尼的調(diào)整工作。
智能差壓變送的校準:
用上述的常規(guī)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(jié)構(gòu)原理所決定。因為智能變送器在輸入壓力源和產(chǎn)生的4-20mA電流信號之間,除機械、電路外,還有微處理芯片對輸入數(shù)據(jù)的運算工作。因此調(diào)校與常規(guī)方法有所區(qū)別。;對校準就有:“設(shè)定量程”、“重定量程”、“微調(diào)”之分。其中“設(shè)定量程”操作主要是通過LRV.URV的數(shù)字設(shè)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,通過一系列指令引導,由變送器直接感應(yīng)實際壓力并對數(shù)值進行設(shè)置。而量程的初始、最終設(shè)置直接取決于真實的壓力輸入值。但要看到盡管變送器的模擬輸出與所用的輸入值關(guān)系正確,但過程值的數(shù)字讀數(shù)顯示的數(shù)值會略有不同,這可通過微調(diào)項來進行校準。由于各部分既要單獨調(diào)校又必需要聯(lián)調(diào),因此實際校準時可按以下步驟進行:
1、先做一次4-20mA微調(diào),用以校正變送器內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換器,由于其不涉及傳感部件,無需外部壓力信號源。
2、再做一次全程微調(diào),使4-20mA、數(shù)字讀數(shù)與實際施加的壓力信號相吻合,因此需要壓力信號源。
3、最后做重定量程,通過調(diào)整使模擬輸出4-20mA與外加的壓力信號源相吻合,其作用與變送器外殼上的調(diào)零(Z)、調(diào)量程(R)開關(guān)的作用完全相同。2^8}2y9C6b.D
建議:調(diào)校工作結(jié)束后,要把排氣、排液閥或和旋塞旋回原位,并應(yīng)纏上生料帶,要旋緊保證不泄漏,但旋緊前應(yīng)該先進行正、負壓室的排氣、排液工作。此時還可利用工藝壓力,進行簡易的變送器靜壓誤差檢查工作。
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