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智能压力变送器多种应用方式的探讨

来源:江苏创辉自动化仪表有限公司 时间:2021-03-18
压力(差压)变送器经历长期的发展,20世纪80年代后技术上有新的突破,新产品称为智能式变送器,为内置微处理器的固态变送器,其可靠性,测量准确度和功能多样化都是较完善的。在工作生产中也扮演着举足轻重的角色。其种类大致分为电容式和压电式。由于压力(差压)所具有的特殊的物理意义,使得在测量领域不仅使用压力变送器测量压力、差压,而且更多的用于测量液位、流量。这也是压力(差压)得到越来越广泛应用的主要原因。本文以电容式压力变送器为例,探讨其所测量多种物理量的方法,以及这些方法优缺点。
 
1.压力测量
1.1一般压力测量
压力一般分为绝压、表压及负压。所以压力变送器一般也分为:*压力变送器及表压力变送器。表压力变送器和*压力变送器的工作原理和差压变送器相同,所不同的是低压室压力是大气压或真空
1.2差压的测量被测介质的两种压力通入高、低两压力室,作用在8元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上,通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成电容器。当两侧压力不一致时,致使测量膜片产生位移,其位移量和压力差成正比,故两侧电容量就不等,通过振荡和解调环节,转换成与压力成正比的信号。
 
2.液位测量
2.1敞口容器液位的测量
应用静压原理测量液位在工业生产中是比较广泛的,不但可以准确测量、提高*度,并且可以比较容易地实现远传和控制。容器内的液位所产生的压力引压管传到变送器的膜片上,使压力变送器得到一个压力信号,这个信号正比于液面的高度,输出4~20mA的液位电信号。其计算公式如下:
H=P/Y
H为液面的高度,P为压力,Y为液体的密度。
采用压力变送器测量敞口容器的液位,适应于液体黏度小,流动性强,不易结巴的场合,如水箱、水槽等。在如下特殊情况下经过研究与实践,可以采用单法兰压力変送器:生产中有些介质的黏度大,易结巴;若槽内常带有搅拌,料面波动大,泡沫多,且蒸汽温度高的场合,不易采用超声波液位测量;压缩空气的压力波动大,导压管线路长易老化,并且在气压出现故障时造成堵管,使仪表不能正常使用,且经常要更换新风管而造成极大的材料损失,维护工作量大,仪表运转率低,效果不好,满足不了生产的要求。
2.2密闭容器的液位测量
由于密闭容器的液面以上空间具有一定的压力,所以就不适合使用压力变送器来测量液位了,而是要使用差压变送器将这一压力进行抵消。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,以防测量仪表被腐蚀。这时就要考虑介质和隔离液的液柱对测压仪表读数的影响。差压变送器测量液位安装方式主要有3种为了能够正确指示液位的高度,差压变送器必须做一些技术处理一即迁移。迁移分为无迁移、负迁移和正迁移在实际应用中,ZUI常用的方式为负迁移。本文以负迁移为例。
如图1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P1;
当H=0时,P+=P1gh1,P.=P1g(H+h1)
△P=p+-p.=-p1Gh
当H= Hmaxi时,P,=gh+gHP.=PgH
△P=P+-P.=PgH-P1gH=(p-p1)gH
当H=0时,△P=-p1gH,在差压变送器的负压室存在一静压力P1gH,使差压变送器的输出小于4mA。当H=Hmax时,△P=(p-P,)gmax,由于在实际工作中p1>=p,所以,在ZUI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p1gH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,PH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P1gH=30kPa,调校时,负压室加压30kPa,调整差压变送器零点旋钮,使其输出为4mA;之后,负压室不加压,调整差压变送器量程旋钮,直至输出为20mA,中间三点按等刻度校验。
 
3.流量的测量
差压式流量测量系统是指利用差压原理进行流量测量的一种流量测量系统。该系统是当今世界上比较可靠的流量测量方式之一,一般由节流装置(差压发生器)、差压变送器(差压计)以及流量积算仪等二次仪表组成。这种流量测量系统的特点是:
(1)原理及理论研究非常成熟;
(2)标准化程度较高,有GB/2624和ISO5167标准文件;
(3)结构简单,成本低,维护费用低;
(4)对环境适应能力强;
(5)如果维护管理得当可以得到较高的测量准确性与可靠性。
上述这些特点是其他形式的流量计所无法比拟的,因此在流量测量中差压式流量仪表占有较高的比重,约85%左右。
差压式流量测量的原理如下
充满管道的流体,当它流经管道内节流件时,如图2所示,流速将在节流件处形成局部收缩。
因而流速增加,静压力降低,于是在节流件前后便产生了压差,流体流量愈大,产生的压差愈大,因而可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的,压差大小不仅与流量还与其它许多因素有关,如节流装置型式、流体的物理性质(密度、粘度等)以及雷诺数等。

流量方程式中qn,qv-分别为质量流量(kg/s),体积流量(m3/s);
C-流出系数;
e-可膨胀性系数
B-直径比,β=d/D;
d-工作条件下节流件的孔径,m;
D-工作条件下上游管道内径,m;
△P-差压,Pa
P1-上游流体密度,kgm。
由上式可见,流量为C、e、d、p、△P、B(D)6个参数的函数,此6个参数可分为实测量[d,p,AP,B(D)]和统计量(C,e)两类差压式流量计按其检测件的作用原理可分为:节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式及射流式等几大类,其中以节流式和动压头式应用ZUI为广泛。

差压发生体是差压式流量测量系统的重要组成部分。按产生差压的作用原理差压式流量计可分成以下几类
(1)节流式:依据流体通过节流孔使部分压力能转变为动能以产生差压的原理来工作的,其是差压式流量计的主要品种,如孔板流量计。
(2)动压头式:依据动压转变为静压原理工作,如均速管流量计
(3)离心式:依据弯曲管或环状管产生离心力原理形成的压差来工作,如弯管流量计。
(4)水力阻力式:依据流体阻力产生的压差原理来工作,其检测件为毛细管束,又称层流流量
(5)动压增益式:依据动压放大原理工作,如皮托一文丘里管。
(6)射流式:依据流体射流撞击产生压差原理工作,如射流式差压流量计。
 
4.结束语
综上所述,压力(差压)变送器在工业领域的各种应用方式在多年来的实际使用中得到了验证,发挥着不可低估的作用。随着仪表智能化、集成化的进一步发展,使得压力变送器的技术、质量、稳定性均得到了大幅度的提高。压力变送器在生产过程控制领域的地位不断巩固和提高。
 
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