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浅析差压变送器的零点迁移


浅析差压变送器的零点迁移 作者:李东 内容提要:应用差压变送器测量液面时,如果差压变送器的正、负压室与容器的取压点处在同一水 平面上,就不需要迁移。而在实际应用中,出于对设备安装位置和便于维护等方面的考虑,测量仪表不 一定都能与取压点在同一水平面上;又如被测介质是强腐蚀性或重粘度的液体,不能直接把介质引入测 压仪表,必须安装隔离液罐,用隔离液来传递压力信号,以防被测仪表被腐蚀。这

时就要考虑介质和隔 离液的液柱对测压仪表读数的影响。为了能够正确指示液位的高度,差压变送器必须做一些技术处 理——即迁移。 一、量程调整和零点迁移 1、量程调整 在实际使用中,由于测量要求或测量条件的变化,需要改变变送器的零点或量程,为此可以对变送 器进行零点迁移和量程调整。量程调整的目的是使变送器的输出信号的上限值 ymax 与测量范围的上限值 xmax 相对应。图 1.1 为变送器量程调整前后的输入输出特性。 由图可见, 量程调整相当于改变变送器输入输出特性的斜率, 由特性 1 到特性 2 的调整为量程增大 调整。反之,由特性 2 到特性 1 的调整为量程减小调整。

图1.1 变送器量程调整 对于某一已确定规格的变送器来说, 它的最小量程和最大量程是固定了的, 相当于变送器从零到满 刻度输出范围的最小输入变化量和最大输入变化量。 这时, 实际使用的量程可在最小和最大量程之间连 续可调,但不允许小于最小量程或大于最大量程。 2、零点迁移 在实际测量中,为了正确选择变送器的量程大小,提高测量准确度,常常需要将测量的起点迁移到 某一数值(正值或负值),这就是所谓零点迁移。在未加迁移时,测量起始点为零;当测量的起始点由零 变为某一正值时,称为正迁移;反之,当测量的起始点由零变为某一负值时,称为负迁移。零点调整和

零点迁移的目的,都是使变送器输出信号的下限值 ymin 与测量信号的下限值 xmin 相对应。在 xmin=0 时, 为零点调整;在 xmin≠0 时,为零点迁移 图 1.2 为变送器零点迁移前后的输入输出特性。由图中可以看出,零点迁移后变送器的输入-输出 特性沿 x 坐标向右或向左平移了一段距离, 其斜率并没有改变, 即变送器的量程不变。 若采用零点迁移, 再辅以量程压缩,可以提高仪表的测量精确度和灵敏度。

图1.2 变送器零点迁移 零点正、负迁移是指变送器零点的可调范围,但它和零点调整是不一样的。零点调整是在变送器输 入信号为零,而输出不为零(下限)时的调整;而零点正、负迁移,是在变送器的输入不为零时,输出调 至零(下限)的调整。如果差压变送器的低压引入口有输入压力,高压引入口没有,则将输出调至零(下 限)时的调整,称为负迁移;如果差压变送器的高压引入口有输入压力,低压引入口没有,则把输出调 至零(下限)的调整,称为正迁移。由于迁移是在变送器有输入时的零点调整,所以迁移量是以能迁移多 少输入信号来表示,或是以测量范围的百分之多少来表示。 3、迁移量的确认 由于同一台变送器, 其使用范围有大有小, 所以迁移量也成了有大有小。 大多数厂家生产的变送器, 迁移量都是以最大量程的百分数来表示的。例如有的变送器零点正负迁移为最大量程的±100%,这就 是说, 如果变送器的测量范围为 0~31.1kPa 至 O~186.8kPa, 则当变送器高或低压引入口通 O~186.8kPa 范围内的任意压力时,其零点都可以迁到 4mA。不过高压引入口通 186.8kPa 的压力已经是测量范围上 限了,再通就是超压,把零点调成 4mA DC 不是不可能,但已是没有意义了,所以零点迁移量与使用量 程之和不能超过测量范围的限值。即:

Δp z ? Δps ? Δph
式中: ?p z 为迁移量; 点正迁移量便是

?p s

为使用量程;

?p h

为最大量程。这样,如果使用量程为 186.8kPa,零

?p z ? ?ph ? ?p s ? 186 .8 ? 186 .8 ? 0KPa
即不能迁了。

但若使用量程为 62.3kPa,则零点正迁移量便是

?p z ? 186 .8 ? 62.3 ? 124 .5KPa
对负迁移来说,没有这一限制,因为它是负压引入口压力,所以不管通 0~186.8kPa 范围内的多大 压力,零点迁移量加上使用差压,都不会超过测量范围的限值。 4、需考虑采用零点迁移的测量对象 (1) 参数的测量从某一正值开始,这时,变送器采用零点正迁移,迁移量即等于测量的初始值。 (2) 被测参数从负值到正值的范围内变化时,这时,变送器采用零点负迁移,迁移量即等于测量的 初始值的绝对值。 (3) 在开口容器的液位测量中,变送器安装地点比最低液位低时,如图 4.1 所示,应采用正迁移, 正迁移量为

?p ? 9.8?? 。

图 4.1 开口容器液位测量 式中: Δ P 为差压变送器零点正迁移量,单位是 Pa;H 为变送器安装零位与最低液位间的距离, 单位是 m; 为液体的密度,单位是 kg/m3。

(4) 在封闭容器液位的测量中,当容器内外温差较大,气相容易凝结时,应采用平衡容器并对变送 器作零点迁移。 二、零点迁移的分类详解 1、无迁移 将差压变送器的正、负压室与容器的取压点安装在同一水平面上,如图 2.1 所示。

图 2.1 无迁移原理图 设 A 点的压力为 P-,B 点的压力为 P+,被测介质的密度为ρ ,重力加速度为 g,则Δ P= P+- P-= ρ gh+ P--P-=ρ gh;如果为敞口容器,P-为大气压力,Δ P=P+=ρ gh,由此可见,如果差压变送器正压 室和取压点相连,负压室通大气,通过测 B 点的表压力就可知液面的高度。 当液面由 h=0 变化为 h=hmax 时,差压变送器所测得的差压由Δ P=0 变为Δ P=ρ ghmax,输出由 4mA 变为 20mA。 假设差压变送器对应液位变化所需要的仪表量程为 30kPa,当液面由空液面变为满液面时,所测得 的差压由 0 变为 30kPa。 2、负迁移 如图 2.2 所示, 为了防止密闭容器内的液体或气体进入差压变送器的取压室, 造成测量管线的堵塞 或腐蚀,在差压变送器的正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐,并填充隔离液,其密度为ρ 1 。 当 H=0 时,P+=ρ 1gh1 P-=ρ 1g(H+h1) Δ P= P+- P-=-ρ 1gH 当 H=Hmax 时,P+=ρ 1gh1 +ρ gH P-=ρ 1g(H+h1) Δ P= P+- P-=ρ gH-ρ 1gH=(ρ -ρ 1) gh 当 H=0 时, Δ P=-ρ 1gH, 在差压变送器的负压室存在一静压力ρ 1gH, 使差压变送器的输出小于 4mA。 当 H=Hmax 时,Δ P=(ρ -ρ 1)gHmax,由于在实际工作中ρ 1﹥﹥ρ ,所以,在最高液位时,负压室的压 力也远大于正压室的压力, 使仪表输出仍小于实际液面所对应的仪表输出。 这样就破坏了变送器输出与 液位之间的正常关系。 为了使仪表输出和实际液面相对应, 就必须把负压室引压管线这段 H 液柱产生的 静压力ρ 1gH 消除掉,要想消除这个静压力,就要调校差压变送器,也就是对差压变送器进行负迁移, ρ 1gH 这个静压力叫做迁移量。

图 2.2 负迁移原理图 调校差压变送器时,变送器负压室接输入信号,正压室通大气。假设仪表的量程为 30kPa,迁移量 ρ 1gH=30kPa,调校时,负压室加压 30kPa,调整差压变送器零点旋钮,使其输出为 4mA;之后,负压室 不加压,调整差压变送器量程旋钮,直至输出为 20mA,中间三点按等刻度校验。输入与输出的关系见 表 1。

表1 当液面由空液面升至满液面时,变送器差压由Δ P=-30kPa 变化至Δ P=0kPa,输出电流值由 4mA 变 为 20mA。 3、正迁移 在实际测量中,变送器的安装位置往往与最低液位不在同一水平面上,如图 2.3 所示。容器为敞口 容器,差压变送器的位置比最低液位低 h 距离,Δ P=P =ρ gH+ρ gh。 当 H=0 时,Δ P=ρ gh,在差压变送器正压室存在一静压力,使其输出大于 4mA。 当 H=Hmax 时,Δ P=ρ gH+ρ gh,变送器输出也远大于 20mA,因此,也必须把ρ gh 这段静压力消除 掉,这就是正迁移。

图 2.3 正迁移原理图 调校时,变送器正压室接输入信号,负压室通大气。假设仪表量程仍为 30kPa,迁移量ρ gh=30kPa。 输入与输出的关系见表 2。

表2 如果现场所选用的差压变送器属智能型,能够与 HART 手操器进行通讯协议,可以直接用手操器对

其进行调校。 三、带迁移的差压变送器故障分析 1、正迁移故障 判断正迁移的差压变送器在现场使用过程中测量是否准确, 首先应关闭差压变送器三阀组的正、 负 压测量室,打开平衡阀及仪表放空堵头,此时仪表输出应低于 4mA。如果输出不低于 4mA,可能是正压 室引线或三阀组有些堵。其次,关闭正压室取压点,打开放空开关,这时输出应为 4mA。如果输出低于 4mA,可能是迁移量变小或零位偏低;若灌有隔离液,可能是隔离液没有灌满或从旁处漏掉;如果输出 高于 4mA,说明迁移量变大或零位偏高。 2、负迁移故障 判断负迁移的差压变送器在现场使用过程中测量是否准确, 首先关闭差压变送器三阀组的正、 负压 测量室,打开平衡阀及仪表放空堵头,仪表输出应为 20mA。其次,关闭正、负压室取压点,打开放空 开关,此时,仪表输出应为 4mA,如果不为 20mA 或 4mA,应检查正、负压室引线是否堵,迁移量是否改 变,零位是否准确,隔离液是否流失等。 结语: 液位的准确控制是生产装置稳定运行的前提保证, 只有掌握了差压变送器测液面迁移的原理, 才能在实际应用中灵活运用,及时准确的处理现场仪表出现的故障,以及对控制方案进行改进。


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