差压变送器测量液位的原理

仪器仪表与应用　石　油　化　工　自　动　化，２００６，２：８２　ＡＵＴ０ＭＡＴ１０Ｎ　ＩＮ　ＰＥＴＲｏ—ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　

双法兰差压变送器液位测量校验全面解析　

刘敬文　（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥２３００２４）　

摘要：主要介绍了双法兰差压变送器在测量开口容器和密闭容器中的安装位置和形式，以及在何种情况下适宜选用双法　兰差压变送器准确测量液体的液位，并对其在各种情况下迁移量的计算和校验作了系统全面的解析，同时说明双法兰差压变送　器在现场安装中应该注意的一些问题，有助于工程设计过程中在使用双法兰差压变送器情况下安装方案的应用参考。　关键词：双法兰差压变送器；液位测量；迁移量；校验；安装　中图分类号：ＴＰ２１２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００７—７３２４（２００６）０２—００８２—０３　

１　问题的提出　液位是石油化工生产过程中的重要参数之一。　精确可靠地测量介质液位是工业生产的需要，也是　从事仪表自动化维护工作的职责。液位测量的技　术和方法有很多，如直读法、浮力法、静压法、电容　法、放射性同位素法、超声波法、微波法以及激光法　等【１］，而利用静压原理的双法兰差压变送器测量液　位是石油化工生产中经常采用的液位测量方式。　当需要将变送器和工艺测量介质隔离开时，可　以选用双法兰差压变送器。如：当过程介质温度超　出变送器的正常工作温度范围，并且用引压管也不　能将温度降至变送器的正常工作温度范围内时；当　过程介质有腐蚀性，需要经常更换或需要使用特殊　的防腐蚀材料时；当过程介质中有很多固体颗粒或　过程介质凝固点为常温，无法用引压管引出时；当　饮食行业需要方便地清洗，防止批量之间污染时；　当进行密度或界面测量等各种情况时，均可以选用　双法兰差压变送器ｒ３］。作为敏感的金属膜盒通过　铠装毛细管与变送器的测量室相连接，在膜盒、铠　装毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有密封　液体（一般为硅油）作为传压介质。为使毛细管经　久耐用，其外部均套有金属蛇皮管保护。本文针对　在大量程、高温、高黏度、易结晶及强腐蚀情况下使　用双法兰差压变送器测量液位的系统，对其不同的　安装位置和形式，如就计算迁移量及校验的问题作　系统的全面解析。　２双法兰差压变送器的安装方式和计算［２］　双法兰差压变送器可以安装在任何高度和位　置。但是用于真空场合时，双法兰差压变送器的安　装高度不能高于低压室法兰的水平线，此时最好采　用微波液位计来测量液位最为合适，本文在此不再　探讨微波液位计测量液位的安装方式和运用等。　在液位测量中，双法兰差压变送器通常用于密闭容　器，可以消除密闭容器中气体压力变化的影响。当　用于开口容器时，则高压侧法兰与容器低端法兰连　接，而低压室法兰应置于大气中，但可以有置放位　置的变化。　２．１　双法兰差压变送器安装在开口容器上　１）双法兰差压变送器安装在开口容器低端法　兰水平线上，且高低压室法兰与容器低端法兰在一　条水平线上。如图１所示，高压室法兰与容器低端　法兰相连接，并且高压室法兰、低压室法兰与容器　低端法兰在一条水平线上。　则变送器量程为Ｌ—Ｈｐ。，零点迁移量为Ａ－一　ｈ。ｐｌ，最低测量液位时，作用于变送器上等效静压　差为　△　ｌ一九ｌｌＤｌ—Ａｌ　最高测量液位时，作用于变送器上等效静压差　为　△　２一（＾ｌ＋Ｈ）ｐｌ—Ｈｐｌ＋Ａｌ　式中　Ｈ——最低测量液位到最高测量液位之间　的高度；　＾。——最低测量液位到容器低端法兰中心　线之间的高度；　ＩＤ。——被测液体介质的密度。　变送器检验范围为　Ａｐ＝△　－～△　２一Ａ－～（ＨＩＤ１＋Ａ－），对应于变　送器的输出（若变送器为正作用）为４～２０　ｍＡ。　２）双法兰差压变送器安装在开口容器低端法　

差压变送器的原理及故障诊断

1、 差压变送器的工作原理：

来自双侧导压管的差压直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液传导至测量元件上，测量元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器，经过放大等处理变为标准电信号输出。

2、差压变送器的几种应用测量方式：

1. 与节流元件相结合，利用节流元件的前后产生的差压值测量液体流量。

2. 利用液体自身重力产生的压力差，测量液体的高度。

3. 直接测量不同管道、罐体液体的压力差值。

3、 应用中的故障判断及分析

变送器在测量过程中，常常会出现一些故障，故障的及时判定分析和处理，对正在进行了生产来说是至关重要的。我们根据日常维护中的经验，总结归纳了一些判定分析方法和分析流程。

1. 调查法：回顾故障发生前的打火、冒烟、异味、供电变化、雷击、潮湿、 误操作、误维修。

2. 直观法：观察回路的外部损伤、导压管的泄漏，回路的过热，供电开关状态等。

3. 检测法：

1） 断路检测：将怀疑有故障的部分与其它部分分开来，查看故障是否消失，如果消失，则确定故障所在，否则可进下步查找，如：智能差压变送器不能正常Hart远程通讯，可将电源从表体上断开，用现场另加电源的方法为变送器通电进行通讯，以查看是否电缆是否叠加约2kHz的电磁信号而干扰通讯。

2） 短路检测：在保证安全的情况下，将相关部分回路直接短接，如：差变送器输出值偏小，可将导压管断开，从一次取压阀外直接将差压信号直接引到差压变送器双侧，观察变送器输出，以判断导压管路的堵、漏的连通性。

3） 替换检测：将怀疑有故障的部分更换，判断故障部位。如：怀疑变送器电路板发生故障，可临时更换一块，以确定原因。

4）分部检测：将测量回路分割成几个部分，如：供电电源、信号输出、信号变送、信号检测，按分部分检查，由简至繁，由表及里，缩小范围，找出故障位置。

液位测量之差压式液位计细节

一、差压式液位计概述

差压式液位计是利用液柱产生的压力来测量液位高度的仪表，在液位发生变化后，高压侧法兰处膜片所接收到的压力就会随之变化，变送器计算出的压差值也会随之发生变化，它们之间有线性的关系。通常情况下高压侧（H侧）与低压侧（L侧）不能装反，一般H侧装于设备低处，L侧装于设备高处。

变送器根据测量范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～35MPa）和微差压变送器（0～1.5kPa），负压变送器三种。从精度角度讲一般压力变送器精度等级为0.5。所以近年来又可以分为高精度压力变送器（0.1或0.2或0.075）。

如果液相密度变化较大，则不宜采用差压式液位计。

二、差压式液位计的结构及工作原理

1、双法兰差压变送器结构：主要部件为传感器模块、电子元件外壳、毛细管、高低压侧法兰及膜片。

2、差压式液位计工作原理：将一个空间用敏感元件（多用膜盒）分割成两个腔室，分别向两个腔室引入压力时，传感器在两方压力共同作用下产生位移，这个位移量和两个腔室压力差（差压）成正比，将这种位移转换成可以反映差压大小的标准信号（4-20mADC信号）输出，毛细管、导压管、填充液的作用是将所接收到的压力传递给变送器内部进行运算。差压变送器所测量的结果是压强差，即△P=ρg△h。

三、差压式液位计的种类及应用

差压变送器有普通差压变送器和微差压变送器，根据外形结构可分为：单法兰式差压液位计、双法兰式差压液位计、平衡容器式差压液位计。

1、单法兰式差压液位计：单法兰液位变送器可对各种敞口容器进行液位测量，有平法兰和插入式法兰两种，它可以直接安装容器的法兰上。可以测量高温、高粘度、易结晶、易沉淀和强腐蚀等介质的液位、压力和密度。

与双法兰式差压液位计的区别：从工程应用来说：都只能测固定密度液体液位，单法兰变送器只能用于与大气想通的常压设备的液位，而双法兰变送器则可以适用密闭设备测液位；

2、双法兰式差压液位计：双法兰式液位变送器是使用毛细管法兰变送器进行测量，它相当于将变送器测量元件中的隔离膜片延长到设备开口处，可以有效的消除粘稠、腐蚀或存在严重相变的介质对测量带来的影响。

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差压变送器用在测量液位中量程的确定计算方法

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高过自动化控制的同行可能都遇到用差压变送器测量控制液位方面的工作，有的可能只会按照图纸要求选购或提供测量参数由厂家给定制，但具体仪表出厂标定的参数搞不懂是如何得来的。好多同行打电话问此问题，因此根据本人从事自动化控制20几年的工作经历在此工控网页上与大家共同交流一下希望能对不熟悉的同行有所帮助；不妥之处是难免请谅解。

1、测量液位的简单原理；测量液位高低的原理，简单的讲与测量压力的道理一样，是根据容器内介质比重与高度得出重量，此重量作用在压力传感器上（象电子秤秤量物品一样），产生一定量的微小变化，再经仪表放大器将其放大、处理，再根据设计要求输出所需要的功能；如数字指示或指针指示、输出各种信号以控制不同的对象来完成不同的工作要求。

2、量程的简单计算

a、开放容器量程计算；如图1；H表示最高液位的距离，A表示最低液位的距离，r表示介质的比重，变速器上的H表示高压侧，L为低压侧。老仪表用“＋—”号表示

例如；H=1000mm A=200mm r＝0.9

F2＝0.2×1000×0.9×9.8066＝1765N/m2 f2＝1.2×1000×.0.9×9.8066＝10591N/m2

△P1=1.765KPa △P2＝10.591KPa

F1－2表示最高和最低单位面积的重量。△P1－2最低和最高压差

量程确定为；1.75－10.59KPa

B、密闭容器的计算；由于密闭容器在最低和最高液位时容器内的压力是不同的，其计算如下；如图2

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P－上部压力 S－最高液位时变速器低压侧之间的距离r2－低压侧液体的比重，

f3－液位S距离单位面积重量例如同上；h＝1000 a＝200 s＝2000 r1＝0.9 r2＝1

f1＝0.2×1000×0.9×9.8066＝1765N/M2

f2＝1.2×1000×0.9×9.8066＝10591 N/M2