差壓變送器在測(cè)量液位中的應(yīng)用及其常見故障分析

1、工作原理

差壓變送器的基本原理是：將一個(gè)空間用敏感元件（如膜盒）分割為兩個(gè)壓室，即正壓室和負(fù)壓室；分別向兩個(gè)壓室中引入壓力時(shí)，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(shì)，這個(gè)位移（位移趨勢(shì)）與兩個(gè)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(hào)輸出，通常輸出的信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)。

在實(shí)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(hào)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?yàn)樗哂袃r(jià)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(huì)有不同的轉(zhuǎn)換方式，但可以肯定的是最終都是轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：在目前生產(chǎn)中有電流信號(hào)、電壓信號(hào)兩種，通常采用的是4～20mA電流信號(hào)。

2、 遷移方式

在實(shí)際測(cè)量中,變送器的安裝位置往往與被測(cè)液體的液面不在同一位置，根據(jù)差壓變送器安裝位置或測(cè)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

差壓變送器的正遷移適用于敞口或非敞口容器內(nèi)液位的測(cè)量。安裝時(shí)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(shí)，△P=ρgh，差壓變送器正壓室存在一個(gè)靜壓力，壓力大小為ρgh，使其輸出電流信號(hào)大于4mA。

當(dāng)H=Hmax時(shí)，△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(cè)量的液位高度與實(shí)際的液位相符，所以要對(duì)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(hào)，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(shí)輸出信號(hào)大小為4mA，當(dāng)壓力為60Kpa時(shí)輸出信號(hào)為20mA。由于現(xiàn)場(chǎng)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(duì)參數(shù)進(jìn)行更改設(shè)置。

2.2 負(fù)遷移

對(duì)于密閉的容器而言，在測(cè)量液位的同時(shí)又要保證內(nèi)部的介質(zhì)不能泄露，這時(shí)就要采取負(fù)遷移的措施來實(shí)現(xiàn)液位的測(cè)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(cè)容器的中間要安裝隔離罐（隔離罐長度與取壓點(diǎn)距離相同），并沖入水（如果所測(cè)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(diǎn)距離為H（即所測(cè)最大液位）。變送器所受靜壓力為△P（正負(fù)壓室壓力差）。

當(dāng)H=0時(shí)，P+=F，P_=ρgH+F，△P=P+－P_=F－ρgHF=－ρgH，變送器負(fù)壓側(cè)存在一個(gè)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(shí)，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(shí)與實(shí)際液位相符，但當(dāng)液位高度H<Hmax（最大液位高度）時(shí)，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(shí)際液面所對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出，同時(shí)變送器與液位正常的線性關(guān)系被打破。要使輸出信號(hào)與實(shí)際液位相符，必須要消除負(fù)壓側(cè)的靜壓力，即對(duì)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(shí)，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(chǎng)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、 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(shí)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(diǎn)之間被堵，導(dǎo)致被測(cè)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(dòng)頻繁。出現(xiàn)上下波動(dòng)，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(diǎn)漂移。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可能對(duì)變送器產(chǎn)生一定的干擾，從而導(dǎo)致差壓變送器內(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(diǎn)并校正。輕微的漂移并不影響實(shí)際的測(cè)量值。