差壓變送器在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，除了可用于流量、差壓等參數(shù)的測量外，還常用差壓變送器測量容器的液位。下面談?wù)劜顗鹤兯推鳒y量液位時(shí)零點(diǎn)遷移相關(guān)內(nèi)容。

 

一、差壓變送器測量液位

當(dāng)采用差壓變送器測量容器液位時(shí)，將差壓變送器的正壓室（也稱“+”端）與被測容器下部的取壓點(diǎn)連接，將差壓變送器的負(fù)壓室（也稱“-”端）與被測容器上部取壓點(diǎn)相連接（取壓點(diǎn)應(yīng)在容器*高液位上部的氣相部分），如圖1所示：

圖1 差壓計(jì)測量液位

 

以電動差壓變送器為例，當(dāng)液位H為O時(shí)，差壓變送器輸出的信號應(yīng)為4 mA，當(dāng)液位H為*高液位時(shí)，差壓變送器輸出的信號應(yīng)為20 mA，這是一種比較理想狀態(tài)。從圖1可見，當(dāng)被測介質(zhì)的密度為ρ，容器中液體以上部分的氣相并不會凝結(jié)成冷凝液，這時(shí)作用于變送器正負(fù)壓室的差壓應(yīng)為：△Р= Hρ。其曲線如圖2所示：

圖2 變送器無遷移時(shí)的曲線

 

但在實(shí)際應(yīng)用中往往會存在以下幾種情況：

1、差壓變送器在現(xiàn)場安裝時(shí)，其正壓室一般很難與*低液位測量點(diǎn)在同一個(gè)水平的位置，這時(shí)在正壓側(cè)就會有一定的靜壓存在。

2、差壓變送器負(fù)壓側(cè)可能會有氣相冷凝液或負(fù)壓側(cè)被測液體產(chǎn)生蒸發(fā)，這時(shí)在負(fù)壓側(cè)壓力將不會恒定，因此在差壓變送器的負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間加裝隔離罐，隔離罐中填充隔離液。

3、為了防止被測液體或氣體進(jìn)入到變送器的正負(fù)壓室造成堵塞或腐蝕，往往在差壓變送器的正負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間分別加裝隔離罐，隔離罐中填充隔離液。法蘭毛細(xì)管式液位變送器實(shí)際也是采用這個(gè)原理，使被測液體不直接接觸變送器。

根據(jù)以上種種情況，當(dāng)*低液位時(shí)，差壓變送器會存在一定的差壓，這時(shí)我們需要將差壓變送器零點(diǎn)進(jìn)行遷移，以確保測量準(zhǔn)確。

 

二、差壓變送器的正負(fù)遷移

差壓變送器的零點(diǎn)遷移量分為正遷移與負(fù)遷移，在液位零點(diǎn)位置，當(dāng)正負(fù)壓室之間的壓差值P＞0時(shí)，為正遷移；P＜0時(shí)，為負(fù)遷移；P＝0時(shí)，無遷移。差壓變送器正負(fù)遷移特性曲線表示如下，見圖3：

曲線1：當(dāng)*低液位時(shí)P＝0，無遷移；

曲線2：當(dāng)*低液位時(shí)P＞0，為正遷移；

曲線3：當(dāng)*低液位時(shí)P＜0，為負(fù)遷移。

圖3 正負(fù)遷移特性曲線

 

三、差壓變送器遷移量的計(jì)算

下面以差壓變送器的正負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間分別裝有隔離罐，并填充隔離液為例來計(jì)算遷移量。如圖4所示：

圖4 帶隔離罐差壓變送器測量液位示意圖

 

假設(shè)隔離液的重度為ρ2 （ρ2 >ρ1,并且隔離液不能與被測液體發(fā)生互溶）。

這時(shí)差壓變送器正壓室的壓力為：P+ = Hρ1+ h1ρ2+P0

負(fù)壓室的壓力為：P- =h2ρ2 +P0

正負(fù)壓室的壓差為：△Р= P+ - P- = Hρ1+h1ρ2 -h2ρ2

P+：正壓室壓力

P-：負(fù)壓室壓力

Po：容器中氣相壓力

H：被測液位高度

h1：*低液位到變送器的高度

h2：*高液位到變送器的高度

ρ1：被測介質(zhì)的密度

ρ2：隔離液的密度

在工程設(shè)計(jì)時(shí)，我們一旦確定了容器的上下部取壓口的位置和隔離液的重度后，式中的h1ρ2 - h2ρ2就是一個(gè)固定壓差，即使液位H值為O時(shí)，這個(gè)壓差也存在。為了變送器的輸出信號不受固定壓差的影響，能夠反映真實(shí)的液位，即當(dāng)液位H為O%時(shí)，變送器輸出信號為4mA，當(dāng)液位H為10O%時(shí)，變送器輸出信號為20mA，因此必須對變送器在量程不變的情況下改變變送器的上下限，即進(jìn)行遷移，在本案例中為負(fù)遷移，遷移量為固定壓差h1ρ2- h2ρ2。（液位的單位通常用百分比表示）見圖5：

圖5 固定壓差（h1 -h2）ρ2 的負(fù)遷移曲線

 

根據(jù)使用場合的不同和工作條件的限制，有時(shí)也需要對差壓變送器作正遷移，特別典型的是當(dāng)采用差壓變送器測量敞口容器的液位時(shí)，取壓口的位置很難做到與*低液位一致，正常的都應(yīng)低于*低液位，要想得到與設(shè)計(jì)一致的液位數(shù)值，這時(shí)需要對變送器作正遷移。

 

四、差壓變送器的量程和遷移量計(jì)算實(shí)例

*先說明一下，差壓式液位計(jì)的壓力、差壓計(jì)算問題。如液位高度H單位采用米（m）,密度ρ單位采用kg/m3，則壓力P=H*ρ/10000,單位為kg/cm2，將其單位換算為Pa時(shí)，應(yīng)乘以98000（因?yàn)? kg/cm2=98000Pa），所以壓力計(jì)算可以簡化為：P= H*ρ*9.8，其單位為Pa。

1、差壓液位變送器

用差壓變送器測量閉口容器的液位，已知h＝1.0m,h1＝0.5m,被測介質(zhì)的密度ρ1＝800kg/m3，負(fù)壓管內(nèi)的隔離液為水，ρ2＝1000kg/m3，求變送器調(diào)校范圍和遷移量？（容器內(nèi)的工作壓力變送器正負(fù)壓室抵消）見圖6：

圖6 差壓變送器測量閉口容器的液位

 

解：儀表的量程 ΔP＝h×ρ1×9.8＝1×800×9.8＝7840 Pa

當(dāng)液位*低時(shí)，變送器正負(fù)壓室的受力：

P+ ＝h1×ρ1×9.8＝0.5×800×9.8 ＝3920 Pa

P- ＝ (h1+h)×ρ2×9.8＝(1+0.5)×1000×9.8 ＝14700  Pa

于是儀表的遷移量P為：P＝P+-P-＝3920-14700＝-10780 Pa

因P+< P- ,故為負(fù)遷移。                     

儀表的調(diào)校范圍：-10780 Pa ～（-10780+7840）Pa   即：-10780 Pa ～ -2940 Pa

2、法蘭式液位變送器

法蘭式液位變送器的測量原理與差壓式液位變送器基本相同，遷移量和量程也可以通過上述的公式計(jì)算得出，在此不再列出。計(jì)算遷移量時(shí)不需考慮差壓變送器的安裝位置，只要考慮法蘭式液位變送器毛細(xì)管內(nèi)所充硅油的密度和兩個(gè)法蘭中心高度差，見圖7示意圖。

圖7 雙法蘭液位變送器測量液位

 

五、總結(jié)

1、從以上計(jì)算實(shí)例中可見，一般差壓液位變送器的遷移量與變送的安裝位置有關(guān)，只有當(dāng)正負(fù)壓室和導(dǎo)壓管內(nèi)液體的密度相同時(shí)，才與安裝位置無關(guān)。

2、一般差壓液位變送器的安裝位置必須低于或相同于*低液位測量點(diǎn)的位置。

3、雙法蘭差壓液位變送器的遷移量與其安裝位置無關(guān)。

4、隨著智能變送器廣泛應(yīng)用，在實(shí)際使用中，只要變送器在現(xiàn)場安裝完成，正負(fù)壓側(cè)隔離液填充完畢，變送器通電后就能自動檢測出遷移量，無需人工計(jì)算，這時(shí)只要按一下變送器的“零點(diǎn)”調(diào)整按鈕，或通過智能變送器手操器遠(yuǎn)程操作就可完成零點(diǎn)遷移，非常方便與快捷。