差壓變送器在測量液位中的應(yīng)用及其常見故障分析

張利超，張文利

（1.河南佰利聯(lián)化學(xué)股份有限公司，河南 焦作 454006；2.焦煤集團(tuán)，河南 焦作 454006）

0 引言

在工業(yè)化生產(chǎn)中，液位的高低直接影響生產(chǎn)的安全進(jìn)行，所以對液位的不間斷監(jiān)控尤其重要。差壓變送器正是由于不間斷測量的特性，而且適合各種復(fù)雜的工況，參數(shù)調(diào)節(jié)簡單方便，對現(xiàn)場環(huán)境要求較低，可以靈活調(diào)整測量高度，在測量液位中取得了廣泛的應(yīng)用。尤其是鍋爐在使用時(shí)，水位的高低是一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)，過高過低都是危險(xiǎn)的，所以要對水位進(jìn)行自動控制。目前，比較成熟測量水位是采用差壓變送器進(jìn)行測量，使水位保持在安全的范圍內(nèi)，同時(shí)使水位的變化轉(zhuǎn)化成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。

1 工作原理

差壓變送器的基本原理[1]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，這個(gè)位移（位移趨勢）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)的信號輸出，通常輸出的信號為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號。

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。標(biāo)準(zhǔn)信號：在目前生產(chǎn)中有電流信號、電壓信號兩種，通常采用的是4～20mA電流信號。

2 遷移方式

在實(shí)際測量中，變送器的安裝位置往往與被測液體的最低液面不在同一位置，根據(jù)差壓變送器安裝位置或測量容器的不同，有正遷移、負(fù)遷移和無遷移3種[2,3]。

2.1 正遷移

變送器的正遷移適用于敞口或非敞口容器內(nèi)液位的測量。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最低液位低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，才能保證測量的液位高度與實(shí)際的液位相符，所以要對變送器進(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，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)輸出信號大小為4mA，當(dāng)壓力為60Kpa時(shí)輸出信號為20mA。由于現(xiàn)場儀表多屬于支持Hart協(xié)議的智能型儀表，所以可直接用手持器對參數(shù)進(jìn)行更改設(shè)置。

2.2 負(fù)遷移

對于密閉的容器而言，在測量液位的同時(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

2.3 無遷移

在正常生產(chǎn)下，現(xiàn)場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[4,5]

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）顯示上下波動頻繁。出現(xiàn)上下波動，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)場環(huán)境可能對變送器產(chǎn)生一定的干擾，從而導(dǎo)致變送器內(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)際的測量值。

4 小結(jié)

精準(zhǔn)的測量是工業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的前提，只有全面掌握、了解差壓變送器的工作原理、遷移方式、常見故障，才能在生產(chǎn)中進(jìn)行靈活運(yùn)用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決現(xiàn)場儀表的故障，快速消除因?yàn)閮x表故障導(dǎo)致的生產(chǎn)停頓，同時(shí)又可以及時(shí)對相關(guān)的控制方案做進(jìn)一步改進(jìn)。

[1]李永斌.淺談差壓變送器的原理及其應(yīng)用[J].民營科技,2011,12.

[2]曹秀敏.差壓變送器的應(yīng)用和發(fā)展[J].山西電力技術(shù),2001,02.

[3]杜琳.淺談差壓變送器的遷移[J].中國儀器儀表,2005,09.

[4]范立剛,馬騰蛟.差壓變送器的正確校驗(yàn)[J].化工自動化及儀表,2013,09.

[5]張香轉(zhuǎn),王春蘭.差壓變送器在實(shí)際應(yīng)用中的故障診斷[J].自動化與儀器儀表,2009,02.