差压液位变送器概述

差压式液位变送器在石油、化工、冶金、电力、食品、造纸、医药、纺织等工业生产过程检测控制系统中，检测液体差压、表压、绝压，以及开口或密闭容器内液体的液位。

    差压式液位变送器将被测信号转换成4～20mA DC输出信号(智能型变送器可带Hart协议通讯)，与其他单元组合仪表或工业控制计算机配合，组成检测、记录、控制等工业自动化系统。

一、差压液位变送器主要特点

1)  精度高；模拟型±0.2%  智能型±0.1%

2)  稳定性好；

3)  二线制4～20mA；

4)  固体元件，接插式印制线路板；

5)  小型、重量轻、坚固抗振；

6)  量程、零点外部连续可调；智能型需配Hart手操器/软件 或 壳内调整

7)  正迁移可达500％，负迁移可达600%；智能型量程比为 100∶1

8)  阻尼可调；

9)  单向过载保护特性好；

10)无机械可动部件，维修工作量少；

11)全系列统一结构；零部件互换性强；

12)接触介质的膜片材料可选择(316L、钽、哈氏合金C、蒙乃尔合金等耐腐蚀材料)

13)防护等级IP66，全天侯使用。

二、功能规范

使用对象：液体、液体混合蒸汽使用差压式液位变送器。

测量范围：0—25Pa～40MPa (详见选型表)

                   输出信号：4～20mA DC，智能型支持Hart协议通讯 (特殊订货可四线制220V AC供电0～10mA DC 输出)

                   供电电源：普通型变送器12—45V DC，防爆型变送器24V DC

                   负载特性：与供电电源有关，在某一电源电压时带负载能力见图3—1，负载阻抗RL与电源电压Vs关系式为：RL≤50(Vs－12)

图3—1   负载特性

                  指 示 表：现场输出指示可用电流表，本公司可配线性指示0～100%和平方根指示0～100%表头；3 1/2位LCD数字显示表，字高13mm输出按百分数显示。

                  防    爆：本厂生产两种防爆变送器： a、隔爆型 dIIBT4；b、本质安全型iaIICT6

                  量程和零位：外部连续可调，智能型需配Hart手操器/软件 或 壳内调整

                  正负迁移：差压变送器  正迁移量为500％，负迁移量为600%；

                            智能变送器  量程比为100∶1

                  工作温度：电子部件：－29～＋93℃(普通型变送器)

                                      －20～＋60℃(防爆型变送器)

                 测量部件：－40～＋104℃   (灌充硅油)

                 液晶显示表：－20～＋70℃

      环境湿度：0～100% RH。

      贮藏温度：－40～＋100℃

      过载压力：不超过静压压力的1.15倍(静压压力见选型表)

      容积变化量：＜0.16cm3

                  阻尼时间：在0.2～1.67秒(智能型为0.1～16秒)内连续可调，微、低差压和法兰变送器，阻尼时间稍大些；阻尼时间即阶跃响应。

      启动时间：2秒，不需预热。

三、差压式液位变送器技术参数

       振动影响：在任何方向上振动频率200Hz时，所引起的误差为范围的0.05%/g；

          量程代码1，2(微差压)为±0.1%/g

电源影响：小于输出范围的±0.005%/V。

负载影响：电源稳定时，无负载影响。

                       安装位置影响：当工作膜片未垂直安装时，可能会产生约0.24 kPa的零位系统误差，此误差可通过调整零位来消除，对量程无影响。

                       外壳防护等级：IP66

四、差压式液位变送器安装、使用和调整

4.1 概述

由于工艺流程的需要，以及有时为了节约导压管材料等经济上原因，差压式液位变送器经常安装在工作条件较为恶劣的现场。变送器和导压管安装的正确与否，直接影响其测量的精确程度。因此，掌握变送器和导压管的正确安装是非常重要的。变送器安装时须注意：

      1)防爆变送器，在安装时必须符合防爆规定；

      2)被测介质不容许结冰，否则将损伤传感元件隔离膜片，导致变送器损坏；

      3)应尽量安装在温度梯度和湿度变化小，无冲击和振动的地方。

4.2 导压管

4.2.1 安装位置

      变送器在工艺管道上的安装位置，与被测介质有关。为了获得*佳的安装，应注意考虑下面的情况：

      1．防止变送器与腐蚀性或过热的被测介质直接接触；

      2．要防止渣滓在导压管内沉积；

      3．导压管要尽可能短；

      4．两边导压管内的液柱压头应保持平衡；

      5．导压管应安装在温度梯度和湿度波动小、无冲击和振动的地方。

减少误差的方法如下：

1)导压管应尽可能短些；

2)当测量液体或蒸汽时，导压管应向上连接到流程工艺管道，其斜度应不小于1/12；

3)对于气体测量时，导压管应向下连接到流程工艺管道，其斜度应不小于1/12；

4)液体导压管道的布设要避免出现高点，气体导压管的布设要避免出现低点；

5)两导压管应保持相同的温度；

6)为避免磨擦影响，导压管的口径应足够大；

7)充满液体的导压管中应无气体存在；

8)当使用隔离液时，两边导压管的液位要相同。

五、差压式液位变送器液位测量

用来测量液位的差压式液位变送器，实际上是测量液柱的静压头。这个压力由液位的高低和液体的密度所决定，其大小等于取压口上方的液面高度乘以液体的密度和重力加速度，而与容器的体积(或形状)无关。

5.5.1 开口容器的液位测量

测量开口容器液位时，变送器装在靠近容器的底部，测量其上方液面高度对应的压力(图5—1)。

图5—1  开口容器液位测量

容器液位的压力连接变送器的高压侧，而低压侧通大气。如果被测液位变化范围的液位，在变送器安装处的上方，则变送器必须进行正迁移。

      举例：

设X为被测的和液位之间的垂直距离，X=3175mm；

Y为变送器取压口到液位的垂直距离，Y=635mm；

γ为液体的密度，γ=1g/cm3；

h为液柱X所产生的压头，单位为kPa；

e为液柱Y所产生的压头，单位为kPa；

测量范围从e至e+h，所以：

h=X·γ·g=3175×l×9.80665=31.14kPa

e=Y·γ·g =635×1×9.80665=6.23kPa

即变送器测量范围为6.23kPa～37.37kPa

5.5.2 密闭容器的液位测量

差压式液位变送器在密闭容器中，液体上面容器的压力影响容器底部被测的压力。因此，容器底部的压力等于液体产生的压力再加上密闭容器的压力。

为了测得真正的液位，应从测得的容器底部压力中减去容器的压力。为此，在容器的顶部开一个取压口，将它接到变送器的低压侧。这样，容器中的压力同时作用于变送器的高低压侧，所得到的差压正比于液面高度。

1)干导压连接

如果液体上面的气体不冷凝，变送器低压侧的连接管就保持干的。这种情况称为干导压连接。决定变送器测量范围的方法与开口容器液位测量的方法相同(见图5—1)。

2)湿导压连接

如果液体上面的气体出现冷凝，变送器低压侧的导压管里就会渐渐地积存液体，引起测量误差。为了消除这种误差，预先用某种液体罐充在变送器的低压侧导压管中，这种情况称为湿导压连接。

上述情况，使变送器的低压侧存在一个压头，所以必须进行负迁移(见图5—2)

图5—2  密闭容器导压连接测量

湿导压管连接举例：

设X为和液位之间的垂直距离，X=2540mm；

Y为变送器基准线到液位之间的距离，Y=635mm；

Z为充液导压管顶端到变送器基准线之间的距离，Z=3800mm；

             γ1为被测液体的密度，γ1 =1g／cm3；

             γ2为低压侧导管填充液体的密度，γ2 =1g／cm3；

h为液柱X所产生的压头，单位为kPa；

e为液柱Y所产生的压头，单位为kPa；

s为填充液柱Z所产生的压头，单位为kPa；

测量范围从(e-s)至(h+e-s)，则

h=X·γ1·g=2540×l×9.80665=24.91kPa

e=Y·γ1·g=635×1×9.80665=6.23kPa

s=Z·γ2·g=3800×1×9.80665=37.27kPa

所以：

e-s=6.23-37.27= -31.04kPa

h+e-s=24.91+6.23-37.27= -6.13kPa

因此变送器的测量范围为：-31.04kPa～-6.13kPa

5.5.3 差压式液位变送器用吹气法测量液位

测量开口容器的液位，也可用“吹气法”。此时，变送器安装在开口容器的上方(见图7—9)。

图7—9  吹气法测量液位

整个装置由气源、稳压阀、恒定流量计、变送器和插入容器下面的管子组成，因此通过管子的气体流速是恒定的，所以保持气体恒定流动的压力(即送入变送器的压力)就等于管口处液体所产生的压力。

举例：

设X为被测液体的液位(吹气口处)和液位间的距离，X=2540mm；

γ为液体的密度，γ=1g／cm3；

h为X所产生的压头，单位为kPa。

测量范围从0至h

h=X·γ·g=2540×1×9.80665=24.9lkPa

所以测量范围为0～24.91kPa，即变送器的量程为24．9lkPa。

六、差压式液位变送器的使用与安装

6.1 液位变送器的安装

液位变送器的安装请参考前述章节。

6.2 远传变送器的安装

荣汉差压式液位变送器安装时，应考虑远传法兰和变送器两者的应用和安装，以保证*佳的性能。一般遵循下列原则：

a)毛细管长度越短越好；

b)一个远传法兰的变送器安装时应使变送器低于法兰及流程接头或保持同一水平，带两个远传法兰并安装在不同高度的变送器，如测量一槽罐的液位，应安装在两法兰／流程接头之间的中点或中点以下。变送器与法兰的安装位置见图33。

c)安装远传法兰或毛细管应避免阳光的直射或雨淋；

d)如带两个远传法兰应尽量使两者的毛细管长度相等；

e)对变送器进行季节性的再调零位。

6.3 仪表的使用

6.3.1 液位变送器

荣汉液位变送器在使用中要注意，对于一般粘性的介质用平法兰液位变送器；对于粘性大、易沉淀和悬浮的介质要用插入法兰变送器，且安装时测量膜片必须深入容器内壁内部，至少和容器内壁相切。

1)不带迁移的液位测量

差压式液位变送器安装在液位的同一水平高度上。测量开口容器时，仪表负压室通大气。测量密封容器时负压室通容器上部，此时若负压室保持干燥，则可不装冷凝罐，若安装冷凝罐应定期将罐中的冷凝液排出；排液时应将常开阀关闭，以免变送器承受单向压力，见图34。

图33  变送器与法兰安装位置图

                     图34  不带迁移的液位测量

图35  带负迁移的液位测量

2)带负迁移的液位测量

差压式液位变送器安装在流程接头的上方则需要零位负迁移，见图35。

例：灌充惰性液的密度γf为1.9g／cm3  h=750mm被测介质的密度γp为1.1g／cm3，而H=3000mm，试问此变送器测量范围的校验值是多少?参见图35。

解：已知：γf = 1.9g／cm3，γp = 1.1g／cm3，g=9.81m／s2

H=3.000m， h=0.750m

求变送器测量范围的校验值?

答：负迁移值=h·γf·g=0.750×1.9×9.81=l3.98 kPa

量    程=H·γp·g=3.000×1.1×9.81=32.37 kPa

校 验 值=－负迁移值～(－负迁移值+量程)

=－13.98kPa～(－13.98＋32.37)kPa=－13.98kPa～18.39kPa

答：变送器测量范围的校验值为－13.98kPa～18.39kPa。

3)带正迁移时的液位测量，见图36。

仪表安装位置在液位以下时需带正迁移，用正迁移可以提高测量灵敏度。

例：被测介质密度r=1.1g／cm3   H=0.910m   H。=0.820m   g=9.81m／s2

仪表的量程=H·r·g=0.910×1.1×9.81=9.82kPa

正迁移量=H。·r·g=0.820×1.1×9.81=8.849kPa

安装前必须把变送器量程调整到8.849～18.669kPa

图36  带正迁移的液位测量

6.3.2 荣汉差压式液位变送器

有些介质用导管引出要结晶，虽有保温措施，仍未能阻止其结晶过程的进行，对于这些不能用导压管引出的介质，可以用双法兰变送器来进行测量，根据被测介质结晶程度不同，可选双平，双插，一平一插三种不同形式的变送器进行测量。

1)差压式液位变送器测量液位，见图37。

       差压式液位变送器测量液位在安装时，负压室应安装在上端，正压室安装在下端，仪表本体安装在中间，这样变送器就有一个负差压，这个负差压如数值不大，可用调零的方法予以去除。但有一定的数值时，则可用负迁移的方法来进行消除，应该注意到负迁移量程的大小只与两个法兰之间的高度之差h及不变液位的高度H。的大小有关，而与变送器本体安装位置的高低无关。

              图37  双法兰测量液位

例：已知  H=0.80m  H。=0.25m  h=1.30m

r=1.2g/cm3  r。=1.04g/cm3  g=9.81m/s2

求：仪表安装前的校验值？

解：量程=r·H·g=0.80×1.2×9.81=9.4kPa

负迁移量=r。·h·g－r·H。·g=1.04×1.3×9.81－1.2×0.25×9.81=10.32kPa

答：安装前应将量程调整到－10.32kPa～－0.92kPa

2)双法兰变送器测量流量

对不能用导压管引出的介质可用双法兰差压变送器进行流量测量。

A、测量水平管道时，两法兰同在一水平面上，不存在迁移的问题，见图38

图38  被测管道呈水平状态

       B、测量垂直管道时(见图39)正压室法兰安装在下面，负压室法兰安装在上面，不管变送器本体安装在什么位置，变送器始终有r。·H的液柱压力，这个压力必须用迁移的方法来进行平衡，变送器应有r。·H的正迁移量。