差压变送器的基础原理是:将一个空间用敏感元件(如膜盒)分割为两个压室,即正压室和负压室;分别向两个压室中引入压力时,传感器在正压和负压的共同作用下,产生一定的位移或者位移的趋势,这个位移(位移趋势)与两个压室的压力差成正比,通过内部转换电路将位移量转换为反应差压大小的标准的信号输出,通常输出的信号为标准的4~20mA电流信号。
在实际构造中,敏感元件的结构、转换方式、标准信号等都有很多种。结构方面:有电阻应变片、压阻式、电感式、电容式、谐振式等,但正常的情况下都采用压阻式差压变送器,因为它具有价格低、线性好、便于维修、迁移量大、较高的精度等特性。转换方式:根据采用不一样的传感器会有不同的转换方式,但能确定的是最终都是转换为电信号。标准信号:在目前生产中有电流信号、电压信号两种,一般会用的是4~20mA电流信号。
在实际测量中,变送器的安装的地方往往与被测液体的最低液面不在同一位置,根据差压变送器安装的地方或测量容器的不同,有正迁移、负迁移和无迁移3种。
差压变送器的正迁移适用于敞口或非敞口容器内液位的测量。安装时正压室连接容器接口,负压室与大气或者低压侧相通。假设容器为敞口容器,差压变送器的位置比最低液位低h距离,假设容器内液体密度为ρ,容器内液位高度为H,△P为变送器所受的压力,则△P=ρgH+ρgh。
当H=0时,△P=ρgh,差压变送器正压室存在一个静压力,压力大小为ρgh,使其输出电流信号大于4mA。
当H=Hmax时,△P=ρgH+ρgh,变送器输出大于20mA,所以必须把静压力ρgh消除掉,才可能正真的保证测量的液位高度与实际的液位相符,所以要对变送器进行调校。
假设变送器的量程为40KPa,迁移量为20KPa,正常的调校方法为:将变送器水平放置在地面上,正压侧通入信号,负压侧接大气,通入24V DC电源(必要情况下可在回路中串入250Ω电阻),调整变送器压力为20Kpa时输出信号大小为4mA,当压力为60Kpa时输出信号为20mA。由于现场仪表多属于支持Hart协议的智能型仪表,所以可直接用手持器对参数进行更改设置。
对于密闭的容器而言,在测量液位的同时又要保证内部的介质不能泄露,这时就要采取负迁移的措施来实现液位的测量。以蒸汽汽包为例,为避免汽包内的杂质堵塞导压管或者气泡进入正负压室,在变送器和所测容器的中间要安装隔离罐(隔离罐长度与取压点距离相同),并冲入水(如果所测介质有腐蚀性,可在隔离罐中冲入)。假设变送器正负压室取压管处于同一水平面,水的密度为ρ,汽包内压力为F,汽包正负压取压点距离为H(即所测最大液位)。变送器所受静压力为△P(正负压室压力差)。
当H=0时,P+=F,P_=ρgH+F,△P=P+-P_=F-ρgHF=-ρgH,变送器负压侧存在一个静压力,压力大小为ρgH,使得变送器的输出小于4mA。
在正常生产下,现场的安装的地方不可能和压变的正负压处于同一位置,而且生产的全部过程中无迁移的情况很少能满足复杂的生产情况。所以使用无迁移的情况相比其他两种要少,这里就不再过多叙述。
1)显示偏高或偏低。如果显示液位比实际液位偏低,说明容器正压压力没有到达变送器膜盒,有可能正压侧与取压点之间被堵,导致被测值偏低。这种情况只要清除正压部分的杂质就可以恢复正常。如果偏高,说明负压引压管里面的液体未达到所设定的负迁移量(比如正常有6Kpa,现在只有5Kpa),只要调节阀门使负压部分的引压管充满液体,达到6Kpa即可。
2)显示上下波动频繁。出现上下波动,有很大的可能性是负压室引压管里有汽包,导致负压部分压力不稳定,只要排出气泡并重新充满液体即可。
3)零漂。由于生产现场环境可能对变送器产生一定的干扰,因此导致差压变送器内部所设定的参数发生明显的变化,如果在重复1)、2)之后不能处理问题,就有必要停表检查变送器的零点并校正。轻微的漂移并不影响实际的测量值。
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