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双法兰差压变送器安装在不同的容器液位测量中的区别

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 摘要:针对双法兰差压变送器在开口容器、密闭容器液位测量中,对不同的安装位置、校验方法,进行了说明分析。

 
双法兰差压变送器是一种在工业生产领域非常常见的一种热工测量仪表种类,主要作用于测量液体介质的压力、液位和流量等物理参数。目前,工业自动化生产装置中,双法兰差压变送器的应用范围愈加广泛,但作为通用型的测量仪表,也经常会发生运行的故障,如果生产中遇到问题,就需要及时地进行故障解决,倘若不能迅速处理,必定会在一定程度上影响操作人员的参数调控,生产的无法正常进行,有的严重故障甚至会危及人身安全。
 
1 双法兰差压变送器简介
         差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器,输出标准信号(如 4 mA ~ 20 mA、0 V ~ 5 V)。差压变送器与一般的压力变送器不同的是它们均有2 个压力接口,差压变送器一般分为正压端和负压端,一般情况下,差压变送器正压端的压力应大于负压段压力才能测量。差压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力,然后将其转变成4 mA ~20 mA DC 的电流信号输出。JT - 3051DP也可以通过 BRAIN 手操器或 CENTUM CS/μXL 或HART 275 手操器相互通讯,通过它们进行设定和监控等。
 
2 双法兰差压变送器工作原理
          压力和差压变送器作为过程控制系统的检测变换部分,将液体、气体或蒸汽的差压(压力)、流量、液位等工艺参数转换成统一的标准信号(如 DC 4 mA ~20 mA 电流),作为显示仪表、运算器和调节器的输入信号,以实现生产过程的连续检测和自动控制。双法兰差压变送器由测量部分和转换放大电路组成,如图 1 所示。双法兰差压变送器的测量部分常采用差动电容结构,如图 2。中心可动极板与两侧固定极板构成两个平面型电容 H C 和 L C 。可动极板与两侧固定极板形成两个感压腔室,介质压力是通过两个腔室中的填充液作用到中心可动极板。一般采用硅油等理想液体作为填充液,被测介质大多为气体或液体。隔离膜片的作用既传递压力,又避免电容极板受损。
测量转换电路差动电容结构
       当正负压力(差压)由正负压导压口加到膜盒两边的隔离膜片上时,通过腔室内硅油液体传递到中心测量膜片上,中心感压膜片产生位移,使可动极板和左右两个极板之间的间距不相对,形成差动电容,若不考虑边缘电场影响,该差动电容可看作平板电容。差动电容的相对变化值与被测压力成正比,与填充液的介电常数无关,从原理上消除了介电常数的变化给测量带来的误差。
 
        差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器。所测量的结果是压力差,差压变送器与一般的压力变送器不同的是它们均有 2 个压力接口,差压变送器一般分为正压端和负压端,一般情况下,差压变送器正压端的压力应大于负压段压力才能测量。测量介质正负两端的压力差,转化成可以反应压力差的标准电流信号(4 mA ~20 mA)。
 
3 液位测量
3. 1 变送器安装在开口容器液位测量中
如图 3 所示,高压室法兰与容器低端法兰相接,而低压室法兰安装在与高压室法兰同一水平线上的大气中。
高压室法兰与容器低端法兰的连接
那么变送器量程为:L = H·p 1
零点迁移量为:A = h 1 ·p 1
最低测量液位时,作用于变送器上的等效静压差为:P 1 = h 1 ·p 1 = A
最高测量液位时,作用于变送器上的等效静压差为:P 2 = (H + h 1 )·p 1 = H + p 1 + A
式中:H———最低测量液位到最高测量液位之间的高度;h 1 ———最低测量液位到容器低端法兰中心线之间的高度;p 1 ———被测液体介质的比重。变送器校验范围为:
P = △P 1 ~ △P 2 = A ~ H·p 1 + A
 
3. 2 变送器安装在密闭容器液位测量中
如图 4 所示,高压室法兰与容器高端法兰相接,而低压室法兰与容器低端法兰相接。
高压室法兰与容器高端法兰的连接
那么变送器量程为:L = H·p 
零点迁移量为:A = h 3 ·p 2 - h 1 ·p 1
最低测量液位时,作用于变送器上的等效静压差为:△P 1 = h 3 ·p 2 - h 1 ·p 1 = A
最高测量液位时,作用于变送器上的等效静压差为:P 2 = h 3 ·p 2 - h 1 ·p 1 - H·p 1 = A - H·p 1
式中:H 3 ———容器高低端法兰中心线之间的高度。
 
变送器校验范围为:
P = △P 1 ~ △P 2 = A ~ A - H·p 1
双法兰差压变送器所测量的结果是压强差,即△P = ρg△h。而由于罐往往是圆柱形,其截面圆的面积 S 是 不 变 的,那 么,重 力 G = △P · S =ρg△h·S,S 不变,G 与△P 成正比关系。即只要准确地检测出△P 值,与高度△h 成反比,在温度变化时,虽然液体体积膨胀或缩小,实际液位升高或降低,所检测到的压力始终是保持不变的。如果生产现场需要显示实际液位,也可以引入介质温度补偿予以解决。
 
4 变送器校验方法
4. 1 常规式双法兰差压变送器的校验方法
先将阻尼调至零状态,先调零点,然后加满度压力调满量程,使输出为 20 mA,在现场调校讲的是快,在此介绍零点、量程的快速调校法。调零点时对满度几乎没有影响,但调满度时对零点有影响,在不带迁移时其影响约为量程调整量的 1/5,即量程向上调整 1 mA,零点将向上移动约 0. 2 mA,反之亦然。例如:输入满量程压力为 100 kPa,该读数为19. 900 mA,调量程电位器使输出为 19. 900 +(20. 000 -19. 900) ×1. 25 =20. 025 mA。量程增加0. 125 mA,则零点增加 1/5 × 0. 125 = 0. 025. 调零点电位器使输出为 20. 000 mA。零点和满量程调校正常后,再检查中间各刻度,看其是否超差,必要时进行微调。然后进行迁移、线性、阻尼的调整工作。
 
4. 2 智能差压变送器的校准
用上述的常规方法对智能变送器进行校准是不行的,因为这是由 HART 变送器结构原理所决定了。因为智能变送器在输入压力源和产生的 4 mA~20 mA 电流信号之间,除机械、电路外,还有微处理芯片对输入数据的运算工作,因此调校与常规方法有所区别。实际上厂家对智能变送器的校准也是有说明的,如 EJA 的变送器,对校准就有:“设定量程”、“重定量程”、“微调”之分。其中“设定量程”操作主要是通过 LRV、URV 的数字设定来完成配置工作,而"重定量程"操作则要求将变送器连接到标
准压力源上,通过一系列指令引导,由变送器直接感应实际压力并对数值进行设置。而量程的初始、最终设置直接取决于真实的压力输入值。但要看到尽管变送器的模拟输出与所用的输入值关系正确,但过程值的数字读数显示的数值会略有不同,这可通过微调项来进行校准。由于各部分既要单独调校又必需要联调,因此实际校准时可按以下步骤进行:
 
(1)先做一次 4 mA ~ 20 mA 微调,用以校正变送器内部的 D/A 转换器,由于其不涉及传感部件,无需外部压力信号源。
(2)再做一次全程微调,使 4 mA ~20 mA、数字读数与实际施加的压力信号相吻合,因此需要压力信号源。
(3)最后做重定量程,通过调整使模拟输出4 mA ~20 mA 与外加的压力信号源相吻合,其作用与变送器外壳上的调零(Z)、调量程(R)开关的作用完全相同。
 
5 结束语
以上对双法兰变送器介绍的安装位置、校验分析都是内蒙古兰太实业股份有限公司制盐分公司现场使用的方法。

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