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差壓式液位變送器測量原理

更新時間：2024-10-25　點擊量：1925

差壓式液位變送器

   差壓式液位變送器主要用于密閉有壓容器的液位測量。由式(4—8)可知，由于容器內氣相壓力對pB的壓力有影響，因此只能用差壓計測量氣、液兩相之間的差壓值來得知液位高低。由測量原理可知，凡是能夠測量差壓的儀表都可以用于密閉容器液位的測量。
    (1)零點遷移問題
    采用差壓式液位變送器測量液位時，由于安裝位置不同，一般情況下均會存在零點遷移的問題，下面分無遷移、正遷移和負遷移3種情況進行討論。
    ①無遷移如圖4—9(a)所示，被測介質黏度較小、無腐蝕、無結晶，并且氣相部分不冷凝，變送器安裝高度與容器下部取壓位置在同一高度。
    將差壓變送器的正、負壓室分別與容器下部和上部的取壓點pl、p2相連接，如果被測液體的密度為ρ，則作用于差壓變送器正、負壓室的差壓為
       ?p= p 1- p 2=Hρ g (4—10)
差壓式液位變送器     當液位由H=0變化到高液位H=Hmax時，△p由零變化到大差壓△pmax，變送器對應的輸出為4～20mA。假設對應液位變化所要求的變送器量程△p為5000Pa，則變送器的特性曲線如圖4—10中曲線a所示，稱為無遷移。

②正遷移實際測量中，變送器的安裝位置有時低于容器下部的取壓位置，如圖4—9(b)所示，被測介質也是黏度較小、無腐蝕、無結晶，并且氣相部分不冷凝，變送器安裝高度低于測量下限的距離為h。這時液位高度H與壓差△p之間的關系式為
    △p=p1一p2=Hρg+hρg    (4—11)
差壓式液位變送器     由式(4—11)可知，當H=0時，△p= hρg >0，并且為常數項，作用于變送器使其輸出大于4mA；當H=Hmax時，大壓差△p=Hmaxρg+hρg，使變送器輸出大于20mA。這時可以通過調整變送器的零位遷移彈簧，使變送器在H=0、△ρ=hρg時，其輸出為4mA，變送器的量程仍然為Hmaxρg ；當H=Hmax、大壓差△p=Hmaxρg+hρg時，變送器的輸出為20mA，從而實現了變送器輸出與液位之間的正常對應關系。
假設變送器量程仍然為5000Pa，而hρg=2000Pa，則當H=0時，△p=2000Pa，調整變送器的零位遷移彈簧，使變送器輸出為4mA；當H=Hmax時，△pmax=5000+2000=。7000Pa，變送器的輸出應為20mA。變送器的特性曲線如圖4—10中曲線b所示，由于調整的壓差△p是大于零(作用于正壓室)的附加靜壓，則稱為正遷移。
③負遷移有些介質對儀表會產生腐蝕作用，或者氣相部分會產生冷凝使導管內的凝液隨時間而變。這些情況下，往往采用在正、負壓室與取壓點之間分別安裝隔離罐或冷凝罐的方法。因此，負壓側引壓導管也有一個附加的靜壓作用于變送器，使得被測液位H=O時，壓差不等于零。為了討論方便，僅以某一種安裝情況進行討論，如圖4—9(c)所示。變送器安裝高度與容器下部取壓位置處在同一高度，但由于氣相介質容易冷凝，而且冷凝液高度隨時間而變，則可以事先將負壓導管充滿被測液體，則此時液位高度H與壓差△p之間的關系式為將             △p= Hρg-hρg   (4—12)
    由式(4—12)可知，當H=0時，△p-hpg<0，作用于變送器會使其輸出小于4mA；當H=Hmax時，大壓差△p=Hmaxρg-hpg，使變送器輸出小于20mA。這時可以通過調整變送器的零位遷移彈簧，使變送器在H=O、△p= -hρg <0時，其輸出為4mA，變送器的量程仍然為Hmax；Pg；當H=Hmax；、大壓差△p=Hmax；Hmaxρg-hρg時，變送器的輸出為20mA，從而實現了變送器輸出與液位之間的正常對應關系。
    仍假設變送器的量程為5000Pa，而hpg=-7000Pa，則當H=0時，△p=-7000Pa，調整變送器的零位遷移彈簧，使變送器輸出為4mA；當H=Hmax；時，△Pmax=5000-7000=-2000Pa，變送器的輸出應為20mA。變送器的特性曲線如圖4—10中曲線c所示，由于調整的壓差△p是小于零(作用于負壓室)的附加靜壓，則稱為負遷移。
    由上述可知，正、負遷移的實質是通過遷移彈簧改變差壓變送器的零點，使得被測液位為零時，變送器的輸出為起始值(4mA)，因此稱為零點遷移。它僅僅改變了變送器測量范圍的上、下限，而量程的大小不會改變。
    需要注意的是并非所有的差壓變送器都帶有遷移作用，實際測量中，由于變送器的安裝高度不同，會存在正遷移或負遷移的問題。在選用差壓式液位變送器時，應在差壓變送器的規格中注明是否帶有正、負遷移裝置并要注明遷移量的大小。
    (2)特殊介質的液位、料位測量
    ①腐蝕性、易結晶或高黏介質當測量具有腐蝕性或含有結晶顆粒，以及黏度大、易凝固等介質的液位時，為解決引壓管線腐蝕或堵塞的問題，可以采用法蘭式差壓變送器，如圖4—11所示。變送器的法蘭直接與容器上的法蘭連接，作為敏感元件的測量頭1(金屬膜盒)經毛細管2與變送器的測量室相連通，在膜盒、毛細管和測量室所組成的封閉系統內充有硅油，作為傳壓介質，起到使變送器與被測介質隔離的作用。變送器本身的工作原理與一般差壓變送器相同。毛細管的直徑較小(一般內徑在0.7～1.8mm)，外面套以金屬蛇皮管進行保護，具有可撓性，單根毛細管長度一般在5～11m可以選擇，安裝比較方便。法蘭式差壓變送器有單法蘭、雙法蘭、插入式或平法蘭等結構形式，可根據被測介質的不同情況進行選用。
法蘭式差壓變送器測量液位時，同樣存在零點“遷移"問題，遷移量的計算方法與前述差壓式相同。如圖4—11中H=0時的遷移量為
       △p= p 1- p 2=h1ρg +h2ρ0g
式中ρ0 ——毛細管中硅油密度。
    由于正、負壓側的毛細管中的介質相同，變送器的安裝位置升高或降低，兩側毛細管中介質產生的靜壓作用于變送器正、負壓室所產生的壓差相同，遷移量不會改變。
    ②流態化粉末狀、顆粒狀固態介質在石油化工生產中，常遇到流態化粉末狀催化劑在反應器內流化床床層高度的測量。因為流態化的粉末狀或顆粒狀催化劑具有一般流體的性質，所以在測量它們的床層高度或藏量時，可以把它們看作流體對待。測量的原理也是將測
量床層高度的問題變成測差壓的問題。但是，在進行上述測量時，由于有固體粉末或顆粒的存在，測壓點和引壓管線很容易被堵塞，因此必須采用反吹風系統，即采用吹氣法用差壓變送器進行測量。
流化床內測壓點的反吹風方式如圖4—12所示，在有反吹風存在的條件下，設被測壓力為痧，測量管線引至變送器的壓力為p2(即限流孔板后的反吹風壓力)，反吹管線壓降為?p，則有p₂= p+?p，看起來儀表顯示壓力p₂較被測壓力高?p，但實際證明，當采用限流孔板只滿足測壓點及引壓管線不堵的條件時，反吹風氣量可以很小，因而?p可以忽略不計，即p₂≈ p。為了保證測量的準確性，必須保證反吹風系統中的氣量是恒流。適當地設計限流孔板，使p₂≤0.528 p₁，并維持不發生大的變化，便可實現上述要求。

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