差壓變送器在測量液位中的正確選擇和應(yīng)用

差壓變送器是一種在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域非常常見的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，液位和流量等物理參數(shù)。目前，工業(yè)自動化生產(chǎn)裝置中，差壓變送器的應(yīng)用范圍愈加廣泛，但作為通用型的測量儀表，也經(jīng)常會發(fā)生運(yùn)行的故障，如果生產(chǎn)中遇到問題，就需要我們能夠及時地加以解決，倘若不能迅速處理，必定會在一定程度上影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，有的嚴(yán)重故障甚至?xí)＜叭松戆踩?。此文便是潤中儀表科技有限公司通過長期積累的經(jīng)驗(yàn)，簡要探討差壓變送器在液位測量中的運(yùn)用。

　一、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（如圖1）。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(fù)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(diǎn)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(diǎn)的高度。則有：
　　P+=P0+ρgh1+ρgh
　　P-=P0+ρgh2+ρgh
　　△P=P+-P-=ρgh1-ρgh2
　　當(dāng)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)?Delta;P=0，通過設(shè)置變送器，輸出電流由4mA變?yōu)?0m。

　二、差壓變送器的安裝要求
　　要做到準(zhǔn)確測量液位，除對差壓變送器進(jìn)行正確選擇和校驗(yàn)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(shí)際參數(shù)，因?yàn)闇y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(dǎo)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(shí)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(jī)凝汽器液位變送器由于測量點(diǎn)取點(diǎn)位置接近凝結(jié)泵入口，在凝結(jié)泵運(yùn)行時造成取點(diǎn)位置處水面的下陷，從而導(dǎo)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(yuǎn)處，凝汽器水位變送器與就地實(shí)際水位指示一致，保證了凝汽器安全、穩(wěn)定運(yùn)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(dǎo)壓管時，導(dǎo)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(diǎn)，避免在導(dǎo)壓管內(nèi)部積存液體，致使測量不準(zhǔn)，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(yùn)時，應(yīng)盡量排空導(dǎo)壓管液柱內(nèi)的氣泡，這些積存的氣體會影響測量的準(zhǔn)確度。還可以考慮在導(dǎo)壓管的上部拐彎最高處安置排氣裝置。
　
　三、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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)壓管相連，測得壓力為P-kPa，則變送器測得實(shí)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(dāng)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(jìn)行修改：即將變送器的LRV設(shè)置為（P--P+）kPa（這個差值為負(fù)數(shù)），也就是說，無論變送器與導(dǎo)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(dāng)變送器的高壓側(cè)與導(dǎo)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(dāng)變送器的高壓側(cè)與導(dǎo)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(fù)數(shù)。
　
四、變送器零位的遷移
　　差壓變送器測量液位時，如果差壓變送器的正、負(fù)壓室與容器的取壓點(diǎn)處在同一水平面上，就不需要遷移。而在實(shí)際應(yīng)用中，出于對設(shè)備安裝位置和便于維護(hù)等方面的考慮，變送器不一定都能與取壓點(diǎn)在同一水平面上；又如被測介質(zhì)是強(qiáng)腐蝕性或重粘度的液體，不能直接把介質(zhì)引入變送器，必須安裝隔離液罐，用隔離液來傳遞壓力信號，以防變送器被腐蝕。這時就要考慮介質(zhì)和隔離液的液柱對變送器測量值的影響。當(dāng)變送器的安裝位置往往與最低液位不在同一水平面上，為了能夠正確指示液位的高度，差壓變送器必須做一些技術(shù)處理，即遷移。遷移分為無遷移、負(fù)遷移和正遷移。
　　所謂變送器的“遷移”，是將變送器在量程不變的情況下，將測量范圍移動。通常將測量起點(diǎn)移到參考點(diǎn)“0”以下的，稱為負(fù)遷移；將測量起點(diǎn)移到參考點(diǎn)“0”以上的，稱為正遷移。以一臺30kPa量程的差壓變送器為例，無遷移量時測量范圍為0～30kPa，正遷移100%時測量范圍為30～60kPa，負(fù)遷移100%時測量范圍為-30～0kPa，負(fù)遷移50%時測量范圍為
　　-15～+15kPa。
　　實(shí)際操作時先確定差壓變送器的量程，校準(zhǔn)后使用遷移螺釘將測量起始點(diǎn)或滿程輸出調(diào)整到相應(yīng)位置或用手操器將遷移量直接輸入。例如：需測量-30～0kPa的差壓，則量程為30kPa，校驗(yàn)變送器時，負(fù)壓室加壓30kPa，調(diào)整差壓變送器零點(diǎn)旋鈕，使其輸出為4mA；之后，負(fù)壓室不加壓，調(diào)整差壓變送器量程旋鈕，直至輸出為20mA，如果用手操器的話，將變送器的LRV設(shè)置為-30kPa，URV設(shè)置為0kPa。
　　差壓變送器的測量范圍等于量程和遷移量之和，即測量范圍=量程范圍+遷移量。所以，正、負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是改變差壓變送器量程的上、下限值，而量程的大小不變。根據(jù)差壓變送器測量液位正、負(fù)遷移的原理，在實(shí)際應(yīng)用中，就可以根據(jù)儀表的使用條件、生產(chǎn)裝置的工藝情況和周圍環(huán)境等，對液位的測量方法進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。
　　
潤中儀表科技有限公司生產(chǎn)的電容式變送器，其測量精度高、調(diào)試簡單，變送器本身出現(xiàn)故障的可能極小，當(dāng)工作一個時期后，如果出現(xiàn)指示偏差較大，甚至不能正常指示的問題，原因主要有高、低壓側(cè)導(dǎo)壓管或三閥組堵塞或泄漏，遷移量改變，零位漂移，隔離液流失等，或者變送器在負(fù)壓環(huán)境中工作，變送器測量回路密封不好，外界氣體進(jìn)入測量管路。當(dāng)差壓變送器輸出顯示值出現(xiàn)偏大或偏小時，可將導(dǎo)壓管從三閥組件處斷開，讓負(fù)壓側(cè)通大氣，用手壓泵將差壓信號送至變送器的正壓側(cè)，觀察變送器的輸出是否正確，即輸出電流在4～20mA，誤差不超過0.8mA，如果變送器輸出正確，則可判斷是導(dǎo)壓管路出現(xiàn)了堵塞或是泄漏。