差壓變送器的零點遷移詳解!

差壓變送器的零點遷移詳解!

應用差壓變送器測量液麵時,如果差壓變送器的正、負壓室與容器的取壓點處在同一水平面上,就不需要遷移。而在實際應用中,出於對設備安裝位置和便於維護等方面的考慮,測量儀表不一定都能與取壓點在同一水平面上;又如被測介質是強腐蝕性或重粘度的液體,不能直接把介質引入測壓儀表,必須安裝隔離液罐,用隔離液來傳遞壓力信號,以防被測儀表被腐蝕。這時就要考慮介質和隔離液的液柱對測壓儀表讀數的影響。為了能夠正確指示液位的高度,差壓變送器必須做一些技術處理——即遷移。

一、量程調整和零點遷移

1、量程調整

在實際使用中,由於測量要求或測量條件的變化,需要改變變送器的零點或量程,為此可以對變送器進行零點遷移和量程調整。量程調整的目的是使變送器的輸出信號的上限值ymax與測量範圍的上限值xmax相對應。圖1.1為變送器量程調整前後的輸入輸出特性。

由圖可見,量程調整相當於改變變送器輸入輸出特性的斜率,由特性1到特性2的調整為量程增大調整。反之,由特性2到特性1的調整為量程減小調整。

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對於某一已確定規格的變送器來說,它的最小量程和最大量程是固定了的,相當於變送器從零到滿刻度輸出範圍的最小輸入變化量和最大輸入變化量。這時,實際使用的量程可在最小和最大量程之間連續可調,但不允許小於最小量程或大於最大量程。

2、零點遷移

在實際測量中,為了正確選擇變送器的量程大小,提高測量準確度,常常需要將測量的起點遷移到某一數值(正值或負值),這就是所謂零點遷移。在未加遷移時,測量起始點為零;當測量的起始點由零變為某一正值時,稱為正遷移;反之,當測量的起始點由零變為某一負值時,稱為負遷移。零點調整和零點遷移的目的,都是使變送器輸出信號的下限值ymin與測量信號的下限值xmin相對應。在xmin=0時,為零點調整;在xmin≠0時,為零點遷移

圖1.2為變送器零點遷移前後的輸入輸出特性。由圖中可以看出,零點遷移後變送器的輸入-輸出特性沿x座標向右或向左平移了一段距離,其斜率並沒有改變,即變送器的量程不變。若採用零點遷移,再輔以量程壓縮,可以提高儀表的測量精確度和靈敏度。

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零點正、負遷移是指變送器零點的可調範圍,但它和零點調整是不一樣的。零點調整是在變送器輸入信號為零,而輸出不為零(下限)時的調整;而零點正、負遷移,是在變送器的輸入不為零時,輸出調至零(下限)的調整。如果差壓變送器的低壓引入口有輸入壓力,高壓引入口沒有,則將輸出調至零(下限)時的調整,稱為負遷移;如果差壓變送器的高壓引入口有輸入壓力,低壓引入口沒有,則把輸出調至零(下限)的調整,稱為正遷移。由於遷移是在變送器有輸入時的零點調整,所以遷移量是以能遷移多少輸入信號來表示,或是以測量範圍的百分之多少來表示。

3、遷移量的確認

由於同一臺變送器,其使用範圍有大有小,所以遷移量也成了有大有小。大多數廠家生產的變送器,遷移量都是以最大量程的百分數來表示的。例如有的變送器零點正負遷移為最大量程的±100%,這就是說,如果變送器的測量範圍為0~31.1kPa至O~186.8kPa,則當變送器高或低壓引入口通O~186.8kPa範圍內的任意壓力時,其零點都可以遷到4mA。不過高壓引入口通186.8kPa的壓力已經是測量範圍上限了,再通就是超壓,把零點調成4mA DC不是不可能,但已是沒有意義了,所以零點遷移量與使用量程之和不能超過測量範圍的限值。即:

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式中:△Pz為遷移量;△Ps為使用量程;

△Ph為最大量程

這樣,如果使用量程為186.8kPa,零點正遷移量便是

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即不能遷了。

但若使用量程為62.3kPa,則零點正遷移量便是

對負遷移來說,沒有這一限制,因為它是負壓引入口壓力,所以不管通0~186.8kPa範圍內的多大壓力,零點遷移量加上使用差壓,都不會超過測量範圍的限值。

4、需考慮採用零點遷移的測量對象

(1) 參數的測量從某一正值開始,這時,變送器採用零點正遷移,遷移量即等於測量的初始值。

(2) 被測參數從負值到正值的範圍內變化時,這時,變送器採用零點負遷移,遷移量即等於測量的初始值的絕對值。

(3) 在開口容器的液位測量中,變送器安裝地點比最低液位低時,如圖4.1所示,應採用正遷移,正遷移量為

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式中: ΔP為差壓變送器零點正遷移量,單位是Pa;H為變送器安裝零位與最低液位間的距離,單位是m;為液體的密度,單位是kg/m3。

(4) 在封閉容器液位的測量中,當容器內外溫差較大,氣相容易凝結時,應採用平衡容器並對變送器作零點遷移。

二、零點遷移的分類詳解

1、無遷移

將差壓變送器的正、負壓室與容器的取壓點安裝在同一水平面上,如圖2.1所示。

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設A點的壓力為P-,B點的壓力為P+,被測介質的密度為ρ,重力加速度為g,則ΔP= P+- P-=ρgh+P--P-=ρgh;如果為敞口容器,P-為大氣壓力,ΔP=P+=ρgh,由此可見,如果差壓變送器正壓室和取壓點相連,負壓室通大氣,通過測B點的表壓力就可知液麵的高度。

當液麵由h=0變化為h=hmax時,差壓變送器所測得的差壓由ΔP=0變為ΔP=ρghmax,輸出由4mA變為20mA。

假設差壓變送器對應液位變化所需要的儀表量程為30kPa,當液麵由空液麵變為滿液麵時,所測得的差壓由0變為30kPa。

2、負遷移

如圖2.2所示,為了防止密閉容器內的液體或氣體進入差壓變送器的取壓室,造成測量管線的堵塞或腐蝕,在差壓變送器的正、負壓室與取壓點之間分別裝有隔離罐,並填充隔離液,其密度為ρ1 。

當H=0時,P+=ρ1gh1 P-=ρ1g(H+h1)

ΔP= P+- P-=-ρ1gH

當H=Hmax時,P+=ρ1gh1 +ρgH P-=ρ1g(H+h1)

ΔP= P+-P-=ρgH-ρ1gH=(ρ-ρ1) gh

當H=0時,ΔP=-ρ1gH,在差壓變送器的負壓室存在一靜壓力ρ1gH,使差壓變送器的輸出小於4mA。當H=Hmax時,ΔP=(ρ-ρ1)gHmax,由於在實際工作中ρ1﹥﹥ρ,所以,在最高液位時,負壓室的壓力也遠大於正壓室的壓力,使儀表輸出仍小於實際液麵所對應的儀表輸出。這樣就破壞了變送器輸出與液位之間的正常關係。為了使儀表輸出和實際液麵相對應,就必須把負壓室引壓管線這段H液柱產生的靜壓力ρ1gH消除掉,要想消除這個靜壓力,就要調校差壓變送器,也就是對差壓變送器進行負遷移,ρ1gH這個靜壓力叫做遷移量。

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圖2.2負遷移原理圖

調校差壓變送器時,變送器負壓室接輸入信號,正壓室通大氣。假設儀表的量程為30kPa,遷移量ρ1gH=30kPa,調校時,負壓室加壓30kPa,調整差壓變送器零點旋鈕,使其輸出為4mA;之後,負壓室不加壓,調整差壓變送器量程旋鈕,直至輸出為20mA,中間三點按等刻度校驗。輸入與輸出的關係見表1。

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當液麵由空液麵升至滿液麵時,變送器差壓由ΔP=-30kPa變化至ΔP=0kPa,輸出電流值由4mA變為20mA。

3、正遷移

在實際測量中,變送器的安裝位置往往與最低液位不在同一水平面上,如圖2.3所示。容器為敞口容器,差壓變送器的位置比最低液位低h距離,ΔP=P =ρgH+ρgh。

當H=0時,ΔP=ρgh,在差壓變送器正壓室存在一靜壓力,使其輸出大於4mA。

當H=Hmax時,ΔP=ρgH+ρgh,變送器輸出也遠大於20mA,因此,也必須把ρgh這段靜壓力消除掉,這就是正遷移。

差壓變送器的零點遷移詳解!
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調校時,變送器正壓室接輸入信號,負壓室通大氣。假設儀表量程仍為30kPa,遷移量ρgh=30kPa。輸入與輸出的關係見表2。

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如果現場所選用的差壓變送器屬智能型,能夠與HART手操器進行通訊協議,可以直接用手操器對其進行調校。

三、帶遷移的差壓變送器故障分析

1、正遷移故障

判斷正遷移的差壓變送器在現場使用過程中測量是否準確,首先應關閉差壓變送器三閥組的正、負壓測量室,打開平衡閥及儀表放空堵頭,此時儀表輸出應低於4mA。如果輸出不低於4mA,可能是正壓室引線或三閥組有些堵。其次,關閉正壓室取壓點,打開放空開關,這時輸出應為4mA。如果輸出低於4mA,可能是遷移量變小或零位偏低;若灌有隔離液,可能是隔離液沒有灌滿或從旁處漏掉;如果輸出高於4mA,說明遷移量變大或零位偏高。

2、負遷移故障

判斷負遷移的差壓變送器在現場使用過程中測量是否準確,首先關閉差壓變送器三閥組的正、負壓測量室,打開平衡閥及儀表放空堵頭,儀表輸出應為20mA。其次,關閉正、負壓室取壓點,打開放空開關,此時,儀表輸出應為4mA,如果不為20mA或4mA,應檢查正、負壓室引線是否堵,遷移量是否改變,零位是否準確,隔離液是否流失等。

結語:液位的準確控制是生產裝置穩定運行的前提保證,只有掌握了差壓變送器測液麵遷移的原理,才能在實際應用中靈活運用,及時準確的處理現場儀表出現的故障,以及對控制方案進行改進。

為什麼要對變送器進行零點遷移?

點遷移,即量程的起點進行正、負方向的遷移,以適應生產現場不同的需要,在實際生產應用中,遷移可分為無遷移、負遷移和正遷移三種。

零點遷移的概念

當輸入處於範圍下限值時,由於某些影響量引起的輸出值的變化。當下限值不為零值時,亦稱為始點遷移(偏移)。

以儀表的輸入信號(被測量)相對於量程作為橫座標,以輸出信號相對於信號範圍作為縱座標,則可以畫出儀表的輸入/輸出特性曲線,設其為直線關係。特性曲線平移而曲線斜率不變稱為零點遷移。

變送器的測量範圍等於量程+遷移量,即測量範圍=量程範圍+遷移量。正遷移向正方向移動,負遷移向負方向移動,而且移動的距離為遷移量,因此,正、負遷移的實質是通過調校變送器、改變量程的上、下限值,而量程的大小不變。也可以這樣記憶:當輸入壓力為零時(0%),輸出電流信號也為零(0%),為無遷移;當輸入壓力為零時(0%),輸出電流信號為正向,為負遷移;當輸入壓力為零時(0%),輸出電流信號為負向,小於工作零點,為正遷移;

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應用差壓變送器測量液麵時,如果差壓變送器的正、負壓室與容器的取壓點處在同一水平面上,就不需要遷移。而在實際應用中,出於對設備安裝位置和便於維護等方面的考慮,測量儀表不一定都能與取壓點在同一水平面上;又如被測介質是強腐蝕性或重粘度的液體,不能直接把介質引入測壓儀表,必須安裝隔離液罐,用隔離液來傳遞壓力信號,以防被測儀表被腐蝕。這時就要考慮介質和隔離液的液柱對測壓儀表讀數的影響。

工業生產中,常需要針對以下幾種情況做零點遷移。

測量封閉容器液位的問題

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用差壓變送器測量封閉容器液位,如果氣相介質容易冷凝,則進入變送器導壓管及負壓室的都是冷凝液,使負壓室的液柱高度改變,而引起測量誤差。所以一般都是在負壓室上面的導管前安裝一個平衡容器,並在平衡容器中裝滿冷凝液。對於測量有害、腐蝕介質,為防止介質進入變送器,也需要安裝隔離器並使導壓管中也充滿隔離液。在上述兩種測量中,由於冷凝液的存在,將使變送器負壓室的信號大於正壓室信號,將無法進行測量。如果反接變送器正、負引壓口的方法是可以使用,但液麵上升時變送器輸出反而下降,這容易造成錯覺,並且與控制系統的連接也不方便。

要解決以上問題,就要使用負遷移,使變送器零點由負差壓開始,就可以滿足使用要求了。

變送器低於取壓點時的問題

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一般變送器都安裝在取壓點的下方,導壓管中全充滿冷凝水。由於水柱靜壓力壓力的影響,變送器的輸出電流中包含了水柱的靜壓力,取壓點與變送器的垂直距離越大,造成的誤差也越大。測量開口容器液位時,如果變送器安裝在容器下方的,由於被測介質液柱靜壓力的影響也會產生測量誤差,其結果與上述是一樣的。

要解決以上問題,就要使用正遷移,把變送器的輸出值調至零(4mA),這樣就等於減去液柱靜壓力值。正遷移後變送器的輸出值就是實際的工作壓力值了。

通過遷移壓縮量程來提高測量精度

比如有臺35t/h的工業鍋爐,其用氣量始終在25t/h以上,為了提高流量測量的精確度,可以考慮將顯示儀表的測量範圍更改為20~40t/h,變送器則通過正遷移壓縮量程來與之配合。

已知:當任意質量流量為40t/h時,任意差壓為60kPa,則可用以下方式來計算:

任意差壓=(任意質量流量的平方/差壓上限時的儀表質量流量的平方)×儀表的差壓上限

根據計算結果,當任意質量流量為20t/h時,對應差壓為15kPa;當任意質量流量為40t/h時,對應差壓為60kPa;則此變送器的量程縮小為0~45kPa,進行正遷移,使變送器的測量範圍為15~60kPa,對應的流量為20t/h~40t/h,這樣提高了測量準確度。

比如在生產中某被測溫度變化範圍是500~600℃,如果選擇量程為0~800℃,精度0.5級的溫度變送器,則其最大的測量誤差為±4℃。但是,如果用正遷移來壓縮量程,選擇400~800℃,精度相同的溫度變送器,這時的最大測量誤差為±2℃,遷移後提高了測量精度。要說明的是,只有部分溫度變送器具有上述功能,所以在選型時應注意選擇。

遷移量設置不當常會出現以下問題

正遷移故障:判斷正遷移的差壓變送器在現場使用過程中測量是否準確,首先應關閉差壓變送器三閥組的正、負壓測量室,打開平衡閥及儀表放空堵頭,此時儀表輸出應低於4mA。如果輸出不低於4mA,可能是正壓室引線或三閥組有些堵。其次,關閉正壓室取壓點,打開放空開關,這時輸出應為4mA。如果輸出低於4mA,可能是遷移量變小或零位偏低;若灌有隔離液,可能是隔離液沒有灌滿或從旁處漏掉;如果輸出高於4mA,說明遷移量變大或零位偏高。

負遷移故障:判斷負遷移的差壓變送器在現場使用過程中測量是否準確,首先關閉差壓變送器三閥組的正、負壓測量室,打開平衡閥及儀表放空堵頭,儀表輸出應為20mA。其次,關閉正、負壓室取壓點,打開放空開關,此時,儀表輸出應為4mA,如果不為20mA或4mA,應檢查正、負壓室引線是否堵,遷移量是否改變,零位是否準確,隔離液是否流失等。

以某煉油廠酮苯裝置C-101液位控制系統為例,在對該廠酮苯裝置中EJA智能雙法蘭變送器測量量程檢查時,均發現變送器量程存在設計計算錯誤,對LICA-1201等變送器在DCS工程師站上檢查它們的量程時,發現雙法蘭量程無遷移,計算修改量程後,儀表運行即正常。因此,只有按正確的計算方法及引用遷移量來進行計算才能保證儀表量程的準確。

如何實現變送器的遷移?

一是在產品出廠前由廠家計算好遷移量以及我們提供給廠家最低液位值,讓他們做好遷移計算後,標定量程的時候完成遷移;

二是用手操器完成遷移;

三是現場實際測量,在零點的位置給變送器遷移。

總之,生產現場中,由於測量參數及設備千變萬化,對測量的要求各不相同,這就要求變送器具有遷移功能,並能方便用戶在現場根據實際進行遷移,以適應生產上不同的測量需要。

差壓變送器的零點遷移詳解!
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