差壓液位變送器零點遷移

差壓變送器在工業生產中應用較為廣泛，除了可用于流量、差壓等參數的測量外，還常用差壓變送器測量容器的液位。下面談談差壓變送器測量液位時零點遷移相關內容。

 

一、差壓變送器測量液位

當采用差壓變送器測量容器液位時，將差壓變送器的正壓室（也稱“+”端）與被測容器下部的取壓點連接，將差壓變送器的負壓室（也稱“-”端）與被測容器上部取壓點相連接（取壓點應在容器最高液位上部的氣相部分），如圖1所示：

圖1 差壓計測量液位

 

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

圖2 變送器無遷移時的曲線

 

但在實際應用中往往會存在以下幾種情況：

1、差壓變送器在現場安裝時，其正壓室一般很難與最低液位測量點在同一個水平的位置，這時在正壓側就會有一定的靜壓存在。

2、差壓變送器負壓側可能會有氣相冷凝液或負壓側被測液體產生蒸發，這時在負壓側壓力將不會恒定，因此在差壓變送器的負壓室與取壓點之間加裝隔離罐，隔離罐中填充隔離液。

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

根據以上種種情況，當最低液位時，差壓變送器會存在一定的差壓，這時我們需要將差壓變送器零點進行遷移，以確保測量準確。

 

二、差壓變送器的正負遷移

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

曲線1：當最低液位時P＝0，無遷移；

曲線2：當最低液位時P＞0，為正遷移；

曲線3：當最低液位時P＜0，為負遷移。

圖3 正負遷移特性曲線

 

三、差壓變送器遷移量的計算

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

圖4 帶隔離罐差壓變送器測量液位示意圖

 

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

這時差壓變送器正壓室的壓力為：P+ = Hρ1+ h1ρ2+P0

負壓室的壓力為：P- =h2ρ2 +P0

正負壓室的壓差為：△Р= P+ - P- = Hρ1+h1ρ2 -h2ρ2

P+：正壓室壓力

P-：負壓室壓力

Po：容器中氣相壓力

H：被測液位高度

h1：最低液位到變送器的高度

h2：最高液位到變送器的高度

ρ1：被測介質的密度

ρ2：隔離液的密度

在工程設計時，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就是一個固定壓差，即使液位H值為O時，這個壓差也存在。為了變送器的輸出信號不受固定壓差的影響，能夠反映真實的液位，即當液位H為O%時，變送器輸出信號為4mA，當液位H為10O%時，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，即進行遷移，在本案例中為負遷移，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 的負遷移曲線

 

根據使用場合的不同和工作條件的限制，有時也需要對差壓變送器作正遷移，特別典型的是當采用差壓變送器測量敞口容器的液位時，取壓口的位置很難做到與最低液位一致，正常的都應低于最低液位，要想得到與設計一致的液位數值，這時需要對變送器作正遷移。

 

四、差壓變送器的量程和遷移量計算實例

首先說明一下，差壓式液位計的壓力、差壓計算問題。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，應乘以98000（因為1 kg/cm2=98000Pa），所以壓力計算可以簡化為：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,被測介質的密度ρ1＝800kg/m3，負壓管內的隔離液為水，ρ2＝1000kg/m3，求變送器調校范圍和遷移量？（容器內的工作壓力變送器正負壓室抵消）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

當液位最低時，變送器正負壓室的受力：

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- ,故為負遷移。                     

儀表的調校范圍：-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算得出，在此不再列出。計算遷移量時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管內所充硅油的密度和兩個法蘭中心高度差，見圖7示意圖。

圖7 雙法蘭液位變送器測量液位

 

五、總結

1、從以上計算實例中可見，一般差壓液位變送器的遷移量與變送的安裝位置有關，只有當正負壓室和導壓管內液體的密度相同時，才與安裝位置無關。

2、一般差壓液位變送器的安裝位置必須低于或相同于最低液位測量點的位置。

3、雙法蘭差壓液位變送器的遷移量與其安裝位置無關。

4、隨著智能變送器廣泛應用，在實際使用中，只要變送器在現場安裝完成，正負壓側隔離液填充完畢，變送器通電后就能自動檢測出遷移量，無需人工計算，這時只要按一下變送器的“零點”調整按鈕，或通過智能變送器手操器遠程操作就可完成零點遷移，非常方便與快捷。