利用差压变送器测量液位时的迁移原理以及故障分析

　　【摘要】: 本文详细论述了利用差压变送器测量液位时的迁移原理，并结合笔者的经验给出了带迁移的差压变送器故障的具体分析方法。

　　【液面的迁移】

　　在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。这时就要考虑如何消除介质和隔离液的液柱对测压仪表读数造成的影响，从而提高仪表的灵敏度。迁移分为无迁移、负迁移和正迁移。

　　【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1 所示。

　　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的无迁移原理设A 点的压力为P负，B 点的压力为P正，被测介质的密度为ρ，重力加速度为g，则ΔP = P正－ P负=ρgh + P负－ P负= ρgh; 如果为敞口容器，P 负为大气压力，ΔP = P正－ ρgh，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ΔP = 0 变为ΔP = ρghmax，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0 ～ 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。

　　【负迁移】

　　如图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，造成引压管线的堵塞或腐蚀，在差压变送器的正、负压室与取压点之间分别装有隔离液罐，并充以隔离液，其密度为ρ1。

　　装有隔离液罐的负迁移原理

　　当H = 0 时，P正= ρ1gh1 P负= ρ1g( H + h1)ΔP = P正－ P负= － ρ1gH当H = Hmax时，P正= ρ1gh1 + ρgH P负= ρ1g( H +h1)ΔP = P正－ P负= ρgH － ρ1gH = ( ρ － ρ1) gH当H = 0 时，ΔP = － ρ1gH，在差压变送器的负压室存在一静压力ρ1gH，使差压变送器的输出小于4mA。当H = Hmax时，ΔP = ( ρ － ρ1) gHmax，由于在实际工作中ρ ＞ ρ1，所以，在非常高液位时，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ρ1gH 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，ρ1gH 这个静压力叫做迁移量。

　　调校差压变送器时，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ρ1gH =30kPa，调校时，负压室加压30kPa，调整差压变送器零点使其输出为4mA; 之后，负压室不加压，调整差压变送器量程直至输出为20mA，中间三点按等刻度校验。输入与输出的关系见表1。

　　调整差压变送器量程直至输出为20mA，输入与输出的关系当液面由空液面升至满液面时，变送器差压由ΔP = － 30kPa 变化至ΔP = 0kPa，输出电流值由4mA 变为20mA。

　　【 正迁移】

　　在实际测量中，变送器的安装位置往往与非常低液位不在同一水平面上，如图3 所示。容器为敞口容器，差压变送器的位置比非常低液位低h 距离，ΔP= P = ρgH + ρgh。

　　当H = 0 时，ΔP = ρgh，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，ΔP = ρgH + ρgh，变送器输出也远大于20mA，因此，也必须把ρgh 这段静压力消除掉，这就是正迁移。

　　差压变送器的正迁移原理

　　调校时，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ρgh = 30kPa。输入与输出的关系见表2。

　　差压变送器正迁移输入与输出的关系

　　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。

　　【2. 4 测量范围、量程范围和迁移量的关系】

　　差压变送器的测量范围等于量程和迁移量之和，即测量范围= 量程范围+ 迁移量。如图4 所示，a 量程为30kPa，无迁移量，测量范围等于量程为30kPa; b 量程为30kPa，迁移量为－ 30kPa，测量范围为－ 30 ～ 0kPa; c 量程为30kPa，迁移量为30kPa，测量范围为30 ～ 60kPa。由此可见，正、负迁移的输入、输出特性曲线为不带迁移量的特性曲线沿表示输入量的横坐标平移。正迁移向正方向移动，负迁移向负方向移动，而且移动的距离即为迁移量。综上所述，正、负迁移的实质是通过调校差压变送器，改变量程的上、下限值，而量程的大小不变。如果从负压室来看，也可以简单理解为正迁移，好比在负压室增加ρgh 迁移量，而正迁移好比在负压室减少ρgh 迁移量。

　　3、利用迁移原理对液面测量方法进行改进从以上分析中可以了解到智能差压变送器测液面正、负迁移的原理，简单的来说，就是当h = 0 时，若变送器感受到的△p = 0，则不需要迁移; 若变送器感受到的△p ＞ 0。则需要正迁移; 若变送器感受到的△p ＜ 0。则需要负迁移。这样在实际应用中，就可以根据生产装置的工艺情况和仪表的使用条件及周围环境等灵活应用，对差压测量液面故障进行简单的处理并进行相应的改进。

　　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，首先应打开三阀组平衡阀，关闭差压变送器三阀组的正、负压测量室，打开仪表放空堵头，此时仪表输出应≤4mA。如果输出＞ 4mA，可能是正压室放空堵头或三阀组有些堵。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;若导压管有隔离罐，可能是隔离液没有灌满或从旁处漏掉，或者冬季运行伴热管线投运温度过高，导致隔离液挥发较快; 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，首先打开三阀组平衡阀，关闭差压变送器三阀组的正、负压测量室，打开仪表放空堵头，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、负压室放空堵头是否堵，迁移量是否改变，零位是否准确，隔离液是否流失等。这两种应用的故障现象还要考虑到液位测量取压后的正负迁移量问题。如果迁移量没有与实际安装位置的迁移量相对应，其所测量出的液位也是不准确的。另外如果测量的容器内的气体要考虑到是否有液化或冷凝的可能。如果有单纯的导压管连接就需要考虑其冷凝或液化后的液体能够回流到容器内，不至于流进负导压管，对测量造成显示偏小。导压管中所充介质如果随温度的升高而气化，这种情况就需要定期的给引压管内充液。如果仍然不能保证正常的测量，那就需要考虑改变测量方式了，或需用其他方式的测量仪表。

　　4 结论

　　通过对差压液位变送器测液面迁移的原理及故障处理措施分析，说明了怎样在生产过程中检查和处理此类仪表的故障，对怎样处理和判断差压液位计故障提供了一种工作思路和方法。由于仪表检测与控制过程中出现的故障现象比较复杂，正确判断、及时处理生产过程中仪表故障，是仪表维护人员必须具备的能力。只有在工作实践中不短的学习、不断的总结经验，灵活运用，才能保证生产装置稳定运行，同时也能提高自己的工作能力和业务水平。