差壓式液位變送器

差壓式液位變送器概述

在石油、化工、冶金、電力、食品、造紙、醫藥、紡織等工業生產過程檢測控制系統中，檢測液體差壓、表壓、絕壓，以及開口或密閉容器內液體的液位，將被測信號轉換成4～20mA DC輸出信號(智能型變送器可帶Hart協議通訊)，與其他單元組合儀表或工業控制計算機配合，組成檢測、記錄、控制等工業自動化系統。

一、差壓式液位變送器主要特點

1)  精度高；模擬型±0.2%  智能型±0.1%

2)  穩定性好；

3)  二線制4～20mA；

4)  固體元件，接插式印制線路板；

5)  小型、重量輕、堅固抗振；

6)  量程、零點外部連續可調；智能型需配Hart手操器/軟件 或 殼內調整

7)  正遷移可達500％，負遷移可達600%；智能型量程比為 100∶1

8)  阻尼可調；

9)  單向過載保護特性好；

10)無機械可動部件，維修工作量少；

11)全系列統一結構；零部件互換性強；

12)接觸介質的膜片材料可選擇(316L、鉭、哈氏合金C、蒙乃爾合金等耐腐蝕材料)

13)防護等級IP66，全天侯使用。

二、功能規范

使用對象：液體、液體混合蒸汽使用差壓液位變送器。

測量范圍：0—25Pa～40MPa (詳見選型表)

                   輸出信號：4～20mA DC，智能型支持Hart協議通訊 (特殊訂貨可四線制220V AC供電0～10mA DC 輸出)

                   供電電源：普通型變送器12—45V DC，防爆型變送器24V DC

                   負載特性：與供電電源有關，在某一電源電壓時帶負載能力見圖3—1，負載阻抗RL與電源電壓Vs關系式為：RL≤50(Vs－12)

圖3—1   負載特性

                  指 示 表：現場輸出指示可用電流表，本公司可配線性指示0～和平方根指示0～表頭；3 1/2位LCD數字顯示表，字高13mm輸出按百分數顯示。

                  防    爆：本廠生產兩種防爆變送器： a、隔爆型 dIIBT4；b、本質安全型iaIICT6

                  量程和零位：外部連續可調，智能型需配Hart手操器/軟件 或 殼內調整

                  正負遷移：差壓變送器  正遷移量為500％，負遷移量為600%；

                            智能變送器  量程比為100∶1

                  工作溫度：電子部件：－29～＋93℃(普通型變送器)

                                      －20～＋60℃(防爆型變送器)

                 測量部件：－40～＋104℃   (灌充硅油)

                 液晶顯示表：－20～＋70℃

      環境濕度：0～ RH。

      貯藏溫度：－40～＋100℃

      過載壓力：不超過靜壓壓力的1.15倍(靜壓壓力見選型表)

      容積變化量：＜0.16cm3

                  阻尼時間：在0.2～1.67秒(智能型為0.1～16秒)內連續可調，微、低差壓和法蘭變送器，阻尼時間稍大些；阻尼時間即階躍響應。

      啟動時間：2秒，不需預熱。

三、技術參數

       振動影響：在任何方向上振動頻率200Hz時，所引起的誤差為范圍的0.05%/g；

          量程代碼1，2(微差壓)為±0.1%/g

電源影響：小于輸出范圍的±0.005%/V。

負載影響：電源穩定時，無負載影響。

                       安裝位置影響：當工作膜片未垂直安裝時，可能會產生約0.24 kPa的零位系統誤差，此誤差可通過調整零位來消除，對量程無影響。

                       外殼防護等級：IP66

四、安裝、使用和調整

4.1 概述

由于工藝流程的需要，以及有時為了節約導壓管材料等經濟上原因，差壓液位變送器經常安裝在工作條件較為惡劣的現場。變送器和導壓管安裝的正確與否，直接影響其測量的精確程度。因此，掌握變送器和導壓管的正確安裝是非常重要的。變送器安裝時須注意：

      1)防爆變送器，在安裝時必須符合防爆規定；

      2)被測介質不容許結冰，否則將損傷傳感元件隔離膜片，導致變送器損壞；

      3)應盡量安裝在溫度梯度和濕度變化小，無沖擊和振動的地方。

4.2 導壓管

4.2.1 安裝位置

      變送器在工藝管道上的安裝位置，與被測介質有關。為了獲得*佳的安裝，應注意考慮下面的情況：

      1．防止變送器與腐蝕性或過熱的被測介質直接接觸；

      2．要防止渣滓在導壓管內沉積；

      3．導壓管要盡可能短；

      4．兩邊導壓管內的液柱壓頭應保持平衡；

      5．導壓管應安裝在溫度梯度和濕度波動小、無沖擊和振動的地方。

減少誤差的方法如下：

1)導壓管應盡可能短些；

2)當測量液體或蒸汽時，導壓管應向上連接到流程工藝管道，其斜度應不小于1/12；

3)對于氣體測量時，導壓管應向下連接到流程工藝管道，其斜度應不小于1/12；

4)液體導壓管道的布設要避免出現高點，氣體導壓管的布設要避免出現低點；

5)兩導壓管應保持相同的溫度；

6)為避免磨擦影響，導壓管的口徑應足夠大；

7)充滿液體的導壓管中應無氣體存在；

8)當使用隔離液時，兩邊導壓管的液位要相同。

五、液位測量

用來測量液位的差壓液位變送器，實際上是測量液柱的靜壓頭。這個壓力由液位的高低和液體的密度所決定，其大小等于取壓口上方的液面高度乘以液體的密度和重力加速度，而與容器的體積(或形狀)無關。

5.5.1 開口容器的液位測量

測量開口容器液位時，變送器裝在靠近容器的底部，測量其上方液面高度對應的壓力(圖5—1)。

圖5—1  開口容器液位測量

容器液位的壓力連接變送器的高壓側，而低壓側通大氣。如果被測液位變化范圍的液位，在變送器安裝處的上方，則變送器必須進行正遷移。

      舉例：

設X為被測的和液位之間的垂直距離，X=3175mm；

Y為變送器取壓口到液位的垂直距離，Y=635mm；

γ為液體的密度，γ=1g/cm3；

h為液柱X所產生的壓頭，單位為kPa；

e為液柱Y所產生的壓頭，單位為kPa；

測量范圍從e至e+h，所以：

h=X·γ·g=3175×l×9.80665=31.14kPa

e=Y·γ·g =635×1×9.80665=6.23kPa

即變送器測量范圍為6.23kPa～37.37kPa

5.5.2 密閉容器的液位測量

差壓液位變送器在密閉容器中，液體上面容器的壓力影響容器底部被測的壓力。因此，容器底部的壓力等于液體產生的壓力再加上密閉容器的壓力。

為了測得真正的液位，應從測得的容器底部壓力中減去容器的壓力。為此，在容器的頂部開一個取壓口，將它接到變送器的低壓側。這樣，容器中的壓力同時作用于變送器的高低壓側，所得到的差壓正比于液面高度。

1)干導壓連接

如果液體上面的氣體不冷凝，變送器低壓側的連接管就保持干的。這種情況稱為干導壓連接。決定變送器測量范圍的方法與開口容器液位測量的方法相同(見圖5—1)。

2)濕導壓連接

如果液體上面的氣體出現冷凝，變送器低壓側的導壓管里就會漸漸地積存液體，引起測量誤差。為了消除這種誤差，預先用某種液體罐充在變送器的低壓側導壓管中，這種情況稱為濕導壓連接。

上述情況，使變送器的低壓側存在一個壓頭，所以必須進行負遷移(見圖5—2)

圖5—2  密閉容器導壓連接測量

濕導壓管連接舉例：

設X為和液位之間的垂直距離，X=2540mm；

Y為變送器基準線到液位之間的距離，Y=635mm；

Z為充液導壓管頂端到變送器基準線之間的距離，Z=3800mm；

             γ1為被測液體的密度，γ1 =1g／cm3；

             γ2為低壓側導管填充液體的密度，γ2 =1g／cm3；

h為液柱X所產生的壓頭，單位為kPa；

e為液柱Y所產生的壓頭，單位為kPa；

s為填充液柱Z所產生的壓頭，單位為kPa；

測量范圍從(e-s)至(h+e-s)，則

h=X·γ1·g=2540×l×9.80665=24.91kPa

e=Y·γ1·g=635×1×9.80665=6.23kPa

s=Z·γ2·g=3800×1×9.80665=37.27kPa

所以：

e-s=6.23-37.27= -31.04kPa

h+e-s=24.91+6.23-37.27= -6.13kPa

因此變送器的測量范圍為：-31.04kPa～-6.13kPa

5.5.3 差壓液位變送器用吹氣法測量液位

測量開口容器的液位，也可用“吹氣法”。此時，變送器安裝在開口容器的上方(見圖7—9)。

圖7—9  吹氣法測量液位

整個裝置由氣源、穩壓閥、恒定流量計、變送器和插入容器下面的管子組成，因此通過管子的氣體流速是恒定的，所以保持氣體恒定流動的壓力(即送入變送器的壓力)就等于管口處液體所產生的壓力。

舉例：

設X為被測液體的液位(吹氣口處)和液位間的距離，X=2540mm；

γ為液體的密度，γ=1g／cm3；

h為X所產生的壓頭，單位為kPa。

測量范圍從0至h

h=X·γ·g=2540×1×9.80665=24.9lkPa

所以測量范圍為0～24.91kPa，即變送器的量程為24．9lkPa。

六、差壓液位變送器的使用與安裝

6.1 液位變送器的安裝

液位變送器的安裝請參考前述章節。

6.2 遠傳變送器的安裝

榮漢差壓液位變送器安裝時，應考慮遠傳法蘭和變送器兩者的應用和安裝，以保證*佳的性能。一般遵循下列原則：

a)毛細管長度越短越好；

b)一個遠傳法蘭的變送器安裝時應使變送器低于法蘭及流程接頭或保持同一水平，帶兩個遠傳法蘭并安裝在不同高度的變送器，如測量一槽罐的液位，應安裝在兩法蘭／流程接頭之間的中點或中點以下。變送器與法蘭的安裝位置見圖33。

c)安裝遠傳法蘭或毛細管應避免陽光的直射或雨淋；

d)如帶兩個遠傳法蘭應盡量使兩者的毛細管長度相等；

e)對變送器進行季節性的再調零位。

6.3 儀表的使用

6.3.1 液位變送器

榮漢液位變送器在使用中要注意，對于一般粘性的介質用平法蘭液位變送器；對于粘性大、易沉淀和懸浮的介質要用插入法蘭變送器，且安裝時測量膜片必須深入容器內壁內部，至少和容器內壁相切。

1)不帶遷移的液位測量

差壓液位變送器安裝在液位的同一水平高度上。測量開口容器時，儀表負壓室通大氣。測量密封容器時負壓室通容器上部，此時若負壓室保持干燥，則可不裝冷凝罐，若安裝冷凝罐應定期將罐中的冷凝液排出；排液時應將常開閥關閉，以免變送器承受單向壓力，見圖34。

圖33  變送器與法蘭安裝位置圖

                     圖34  不帶遷移的液位測量

圖35  帶負遷移的液位測量

2)帶負遷移的液位測量

安裝在流程接頭的上方則需要零位負遷移，見圖35。

例：灌充惰性液的密度γf為1.9g／cm3  h=750mm被測介質的密度γp為1.1g／cm3，而H=3000mm，試問此變送器測量范圍的校驗值是多少?參見圖35。

解：已知：γf = 1.9g／cm3，γp = 1.1g／cm3，g=9.81m／s2

H=3.000m， h=0.750m

求變送器測量范圍的校驗值?

答：負遷移值=h·γf·g=0.750×1.9×9.81=l3.98 kPa

量    程=H·γp·g=3.000×1.1×9.81=32.37 kPa

校 驗 值=－負遷移值～(－負遷移值+量程)

=－13.98kPa～(－13.98＋32.37)kPa=－13.98kPa～18.39kPa

答：變送器測量范圍的校驗值為－13.98kPa～18.39kPa。

3)帶正遷移時的液位測量，見圖36。

儀表安裝位置在液位以下時需帶正遷移，用正遷移可以提高測量靈敏度。

例：被測介質密度r=1.1g／cm3   H=0.910m   H。=0.820m   g=9.81m／s2

儀表的量程=H·r·g=0.910×1.1×9.81=9.82kPa

正遷移量=H。·r·g=0.820×1.1×9.81=8.849kPa

安裝前必須把變送器量程調整到8.849～18.669kPa

圖36  帶正遷移的液位測量

6.3.2 榮漢差壓液位變送器

有些介質用導管引出要結晶，雖有保溫措施，仍未能阻止其結晶過程的進行，對于這些不能用導壓管引出的介質，可以用雙法蘭變送器來進行測量，根據被測介質結晶程度不同，可選雙平，雙插，一平一插三種不同形式的變送器進行測量。

1)差壓液位變送器測量液位，見圖37。

       差壓液位變送器測量液位在安裝時，負壓室應安裝在上端，正壓室安裝在下端，儀表本體安裝在中間，這樣變送器就有一個負差壓，這個負差壓如數值不大，可用調零的方法予以去除。但有一定的數值時，則可用負遷移的方法來進行消除，應該注意到負遷移量程的大小只與兩個法蘭之間的高度之差h及不變液位的高度H。的大小有關，而與變送器本體安裝位置的高低無關。

              圖37  雙法蘭測量液位

例：已知  H=0.80m  H。=0.25m  h=1.30m

r=1.2g/cm3  r。=1.04g/cm3  g=9.81m/s2

求：儀表安裝前的校驗值？

解：量程=r·H·g=0.80×1.2×9.81=9.4kPa

負遷移量=r。·h·g－r·H?！=1.04×1.3×9.81－1.2×0.25×9.81=10.32kPa

答：安裝前應將量程調整到－10.32kPa～－0.92kPa

2)雙法蘭變送器測量流量

對不能用導壓管引出的介質可用雙法蘭差壓變送器進行流量測量。

A、測量水平管道時，兩法蘭同在一水平面上，不存在遷移的問題，見圖38

圖38  被測管道呈水平狀態

       B、測量垂直管道時(見圖39)正壓室法蘭安裝在下面，負壓室法蘭安裝在上面，不管變送器本體安裝在什么位置，變送器始終有r?！的液柱壓力，這個壓力必須用遷移的方法來進行平衡，變送器應有r?！的正遷移量。