電容差壓式液位變送器

電容差壓式液位變送器在石油、化工、冶金、電力、食品、造紙、醫(yī)藥、紡織等工業(yè)生產(chǎn)過程檢測(cè)控制系統(tǒng)中，檢測(cè)液體差壓、表壓、絕壓，以及開口或密閉容器內(nèi)液體的液位。

差壓式液位變送器將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA DC輸出信號(hào)(智能型變送器可帶Hart協(xié)議通訊)，與其他單元組合儀表或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合，組成檢測(cè)、記錄、控制等工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。

一、主要特點(diǎn)

1)  精度高；模擬型±0.2%  智能型±0.1%

2)  穩(wěn)定性好；

3)  二線制4～20mA；

4)  固體元件，接插式印制線路板；

5)  小型、重量輕、堅(jiān)固抗振；

6)  量程、零點(diǎn)外部連續(xù)可調(diào)；智能型需配Hart手操器/軟件 或 殼內(nèi)調(diào)整

7)  正遷移可達(dá)500％，負(fù)遷移可達(dá)600%；智能型量程比為 100∶1

8)  阻尼可調(diào)；

9)  單向過載保護(hù)特性好；

10)無機(jī)械可動(dòng)部件，維修工作量少；

11)全系列統(tǒng)一結(jié)構(gòu)；零部件互換性強(qiáng)；

12)接觸介質(zhì)的膜片材料可選擇(316L、鉭、哈氏合金C、蒙乃爾合金等耐腐蝕材料)

13)防護(hù)等級(jí)IP66，全天侯使用。

 

二、功能規(guī)范

使用對(duì)象：液體、液體混合蒸汽使用差壓式液位變送器。

測(cè)量范圍：0—25Pa～40MPa (詳見選型表)

                   輸出信號(hào)：4～20mA DC，智能型支持Hart協(xié)議通訊 (特殊訂貨可四線制220V AC供電0～10mA DC 輸出)

                   供電電源：普通型變送器12—45V DC，防爆型變送器24V DC

                   負(fù)載特性：與供電電源有關(guān)，在某一電源電壓時(shí)帶負(fù)載能力見圖3—1，負(fù)載阻抗RL與電源電壓Vs關(guān)系式為：RL≤50(Vs－12)

圖3—1   負(fù)載特性

                  指 示 表：現(xiàn)場(chǎng)輸出指示可用電流表，本公司可配線性指示0～100%和平方根指示0～100%表頭；3 1/2位LCD數(shù)字顯示表，字高13mm輸出按百分?jǐn)?shù)顯示。

                  防    爆：本廠生產(chǎn)兩種防爆變送器： a、隔爆型 dIIBT4；b、本質(zhì)安全型iaIICT6

                  量程和零位：外部連續(xù)可調(diào)，智能型需配Hart手操器/軟件 或 殼內(nèi)調(diào)整

                  正負(fù)遷移：差壓變送器  zui大正遷移量為500％，zui大負(fù)遷移量為600%；

                            智能變送器  量程比為100∶1

                  工作溫度：電子部件：－29～＋93℃(普通型變送器)

                                      －20～＋60℃(防爆型變送器)

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

                 液晶顯示表：－20～＋70℃

      環(huán)境濕度：0～100% RH。

      貯藏溫度：－40～＋100℃

      過載壓力：不超過zui大靜壓壓力的1.15倍(zui大靜壓壓力見選型表)

      容積變化量：＜0.16cm3

                  阻尼時(shí)間：在0.2～1.67秒(智能型為0.1～16秒)內(nèi)連續(xù)可調(diào)，微、低差壓和法蘭變送器，阻尼時(shí)間稍大些；阻尼時(shí)間即階躍響應(yīng)。

      啟動(dòng)時(shí)間：2秒，不需預(yù)熱。

三、技術(shù)參數(shù)

       振動(dòng)影響：在任何方向上振動(dòng)頻率200Hz時(shí)，所引起的誤差為zui大范圍的0.05%/g；

          量程代碼1，2(微差壓)為±0.1%/g

電源影響：小于輸出范圍的±0.005%/V。

負(fù)載影響：電源穩(wěn)定時(shí)，無負(fù)載影響。

                       安裝位置影響：當(dāng)工作膜片未垂直安裝時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生約0.24 kPa的零位系統(tǒng)誤差，此誤差可通過調(diào)整零位來消除，對(duì)量程無影響。

                       外殼防護(hù)等級(jí)：IP66

四、安裝、使用和調(diào)整

4.1 概述

由于工藝流程的需要，以及有時(shí)為了節(jié)約導(dǎo)壓管材料等經(jīng)濟(jì)上原因，差壓式液位變送器經(jīng)常安裝在工作條件較為惡劣的現(xiàn)場(chǎng)。變送器和導(dǎo)壓管安裝的正確與否，直接影響其測(cè)量的精確程度。因此，掌握變送器和導(dǎo)壓管的正確安裝是非常重要的。變送器安裝時(shí)須注意：

      1)防爆變送器，在安裝時(shí)必須符合防爆規(guī)定；

      2)被測(cè)介質(zhì)不容許結(jié)冰，否則將損傷傳感元件隔離膜片，導(dǎo)致變送器損壞；

      3)應(yīng)盡量安裝在溫度梯度和濕度變化小，無沖擊和振動(dòng)的地方。

4.2 導(dǎo)壓管

4.2.1 安裝位置

      變送器在工藝管道上的安裝位置，與被測(cè)介質(zhì)有關(guān)。為了獲得*的安裝，應(yīng)注意考慮下面的情況：

      1．防止變送器與腐蝕性或過熱的被測(cè)介質(zhì)直接接觸；

      2．要防止渣滓在導(dǎo)壓管內(nèi)沉積；

      3．導(dǎo)壓管要盡可能短；

      4．兩邊導(dǎo)壓管內(nèi)的液柱壓頭應(yīng)保持平衡；

      5．導(dǎo)壓管應(yīng)安裝在溫度梯度和濕度波動(dòng)小、無沖擊和振動(dòng)的地方。

減少誤差的方法如下：

1)導(dǎo)壓管應(yīng)盡可能短些；

2)當(dāng)測(cè)量液體或蒸汽時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)向上連接到流程工藝管道，其斜度應(yīng)不小于1/12；

3)對(duì)于氣體測(cè)量時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)向下連接到流程工藝管道，其斜度應(yīng)不小于1/12；

4)液體導(dǎo)壓管道的布設(shè)要避免出現(xiàn)高點(diǎn)，氣體導(dǎo)壓管的布設(shè)要避免出現(xiàn)低點(diǎn)；

5)兩導(dǎo)壓管應(yīng)保持相同的溫度；

6)為避免磨擦影響，導(dǎo)壓管的口徑應(yīng)足夠大；

7)充滿液體的導(dǎo)壓管中應(yīng)無氣體存在；

8)當(dāng)使用隔離液時(shí)，兩邊導(dǎo)壓管的液位要相同。

五、脫硫吸收塔液位計(jì)液位測(cè)量

用來測(cè)量液位的差壓式液位變送器，實(shí)際上是測(cè)量液柱的靜壓頭。這個(gè)壓力由液位的高低和液體的密度所決定，其大小等于取壓口上方的液面高度乘以液體的密度和重力加速度，而與容器的體積(或形狀)無關(guān)。

5.5.1 開口容器的液位測(cè)量

測(cè)量開口容器液位時(shí)，變送器裝在靠近容器的底部，測(cè)量其上方液面高度對(duì)應(yīng)的壓力(圖5—1)。

圖5—1  開口容器液位測(cè)量

 

容器液位的壓力連接變送器的高壓側(cè)，而低壓側(cè)通大氣。如果被測(cè)液位變化范圍的zui低液位，在變送器安裝處的上方，則變送器必須進(jìn)行正遷移。

      舉例：

設(shè)X為被測(cè)的zui低和zui高液位之間的垂直距離，X=3175mm；

Y為變送器取壓口到zui低液位的垂直距離，Y=635mm；

γ為液體的密度，γ=1g/cm3；

h為液柱X所產(chǎn)生的zui大壓頭，單位為kPa；

e為液柱Y所產(chǎn)生的壓頭，單位為kPa；

測(cè)量范圍從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

即變送器測(cè)量范圍為6.23kPa～37.37kPa

5.5.2 密閉容器的液位測(cè)量

差壓式液位變送器在密閉容器中，液體上面容器的壓力影響容器底部被測(cè)的壓力。因此，容器底部的壓力等于液體產(chǎn)生的壓力再加上密閉容器的壓力。

為了測(cè)得真正的液位，應(yīng)從測(cè)得的容器底部壓力中減去容器的壓力。為此，在容器的頂部開一個(gè)取壓口，將它接到變送器的低壓側(cè)。這樣，容器中的壓力同時(shí)作用于變送器的高低壓側(cè)，所得到的差壓正比于液面高度。

1)干導(dǎo)壓連接

如果液體上面的氣體不冷凝，變送器低壓側(cè)的連接管就保持干的。這種情況稱為干導(dǎo)壓連接。決定變送器測(cè)量范圍的方法與開口容器液位測(cè)量的方法相同(見圖5—1)。

2)濕導(dǎo)壓連接

如果液體上面的氣體出現(xiàn)冷凝，變送器低壓側(cè)的導(dǎo)壓管里就會(huì)漸漸地積存液體，引起測(cè)量誤差。為了消除這種誤差，預(yù)先用某種液體罐充在變送器的低壓側(cè)導(dǎo)壓管中，這種情況稱為濕導(dǎo)壓連接。

上述情況，使變送器的低壓側(cè)存在一個(gè)壓頭，所以必須進(jìn)行負(fù)遷移(見圖5—2)

圖5—2  密閉容器導(dǎo)壓連接測(cè)量

 

濕導(dǎo)壓管連接舉例：

設(shè)X為zui低和zui高液位之間的垂直距離，X=2540mm；

Y為變送器基準(zhǔn)線到zui低液位之間的距離，Y=635mm；

Z為充液導(dǎo)壓管頂端到變送器基準(zhǔn)線之間的距離，Z=3800mm；

             γ1為被測(cè)液體的密度，γ1 =1g／cm3；

             γ2為低壓側(cè)導(dǎo)管填充液體的密度，γ2 =1g／cm3；

h為液柱X所產(chǎn)生的zui大壓頭，單位為kPa；

e為液柱Y所產(chǎn)生的壓頭，單位為kPa；

s為填充液柱Z所產(chǎn)生的壓頭，單位為kPa；

測(cè)量范圍從(e-s)至(h+e-s)，則

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

因此變送器的測(cè)量范圍為：-31.04kPa～-6.13kPa

 

5.5.3 用吹氣法測(cè)量液位

測(cè)量開口容器的液位，也可用“吹氣法”。此時(shí)，變送器安裝在開口容器的上方(見圖7—9)。

圖7—9  吹氣法測(cè)量液位

整個(gè)裝置由氣源、穩(wěn)壓閥、恒定流量計(jì)、變送器和插入容器下面的管子組成，因此通過管子的氣體流速是恒定的，所以保持氣體恒定流動(dòng)的壓力(即送入變送器的壓力)就等于管口處液體所產(chǎn)生的壓力。

舉例：

設(shè)X為被測(cè)液體的zui低液位(吹氣口處)和zui高液位間的距離，X=2540mm；

γ為液體的密度，γ=1g／cm3；

h為X所產(chǎn)生的zui高壓頭，單位為kPa。

測(cè)量范圍從0至h

h=X·γ·g=2540×1×9.80665=24.9lkPa

所以測(cè)量范圍為0～24.91kPa，即變送器的量程為24．9lkPa。

六、脫硫吸收塔液位計(jì)的使用與安裝

6.1 雙法蘭遠(yuǎn)傳液位變送器的安裝

液位變送器的安裝請(qǐng)參考前述章節(jié)。

6.2 單法蘭遠(yuǎn)傳變送器的安裝

榮漢差壓式液位變送器安裝時(shí)，應(yīng)考慮遠(yuǎn)傳法蘭和變送器兩者的應(yīng)用和安裝，以保證*的性能。一般遵循下列原則：

a)毛細(xì)管長度越短越好；

b)一個(gè)遠(yuǎn)傳法蘭的變送器安裝時(shí)應(yīng)使變送器低于法蘭及流程接頭或保持同一水平，帶兩個(gè)遠(yuǎn)傳法蘭并安裝在不同高度的變送器，如測(cè)量一槽罐的液位，應(yīng)安裝在兩法蘭／流程接頭之間的中點(diǎn)或中點(diǎn)以下。變送器與法蘭的安裝位置見圖33。

c)安裝遠(yuǎn)傳法蘭或毛細(xì)管應(yīng)避免陽光的直射或雨淋；

d)如帶兩個(gè)遠(yuǎn)傳法蘭應(yīng)盡量使兩者的毛細(xì)管長度相等；

e)對(duì)變送器進(jìn)行季節(jié)性的再調(diào)零位。

6.3 儀表的使用

6.3.1 脫硫塔液位計(jì)

液位變送器在使用中要注意，對(duì)于一般粘性的介質(zhì)用平法蘭液位變送器；對(duì)于粘性大、易沉淀和懸浮的介質(zhì)要用插入法蘭變送器，且安裝時(shí)測(cè)量膜片必須深入容器內(nèi)壁內(nèi)部，至少和容器內(nèi)壁相切。

1)不帶遷移的液位測(cè)量

差壓式液位變送器安裝在zui低液位的同一水平高度上。測(cè)量開口容器時(shí)，儀表負(fù)壓室通大氣。測(cè)量密封容器時(shí)負(fù)壓室通容器上部，此時(shí)若負(fù)壓室保持干燥，則可不裝冷凝罐，若安裝冷凝罐應(yīng)定期將罐中的冷凝液排出；排液時(shí)應(yīng)將常開閥關(guān)閉，以免變送器承受單向壓力，見圖34。

圖33  變送器與法蘭安裝位置圖

                     圖34  不帶遷移的液位測(cè)量

圖35  帶負(fù)遷移的液位測(cè)量

2)帶負(fù)遷移的液位測(cè)量

差壓式液位變送器安裝在流程接頭的上方則需要零位負(fù)遷移，見圖35。

例：灌充惰性液的密度γ_f為1.9g／cm3  h=750mm被測(cè)介質(zhì)的密度γ_p為1.1g／cm3，而H=3000mm，試問此變送器測(cè)量范圍的校驗(yàn)值是多少?參見圖35。

解：已知：γ_f = 1.9g／cm3，γ_p = 1.1g／cm3，g=9.81m／s2

H=3.000m， h=0.750m

求變送器測(cè)量范圍的校驗(yàn)值?

答：負(fù)遷移值=h·γ_f·g=0.750×1.9×9.81=l3.98 kPa

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

校 驗(yàn) 值=－負(fù)遷移值～(－負(fù)遷移值+量程)

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

答：變送器測(cè)量范圍的校驗(yàn)值為－13.98kPa～18.39kPa。

3)帶正遷移時(shí)的液位測(cè)量，見圖36。

儀表安裝位置在zui低液位以下時(shí)需帶正遷移，用正遷移可以提高測(cè)量靈敏度。

例：被測(cè)介質(zhì)密度r=1.1g／cm3   H=0.910m   H。=0.820m   g=9.81m／s2

儀表的量程=H·r·g=0.910×1.1×9.81=9.82kPa

正遷移量=H。·r·g=0.820×1.1×9.81=8.849kPa

安裝前必須把變送器量程調(diào)整到8.849～18.669kPa

圖36  帶正遷移的液位測(cè)量

 

6.3.2 脫硫塔液位計(jì)

有些介質(zhì)用導(dǎo)管引出要結(jié)晶，雖有保溫措施，仍未能阻止其結(jié)晶過程的進(jìn)行，對(duì)于這些不能用導(dǎo)壓管引出的介質(zhì)，可以用雙法蘭變送器來進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)被測(cè)介質(zhì)結(jié)晶程度不同，可選雙平，雙插，一平一插三種不同形式的變送器進(jìn)行測(cè)量。

1) 脫硫塔液位計(jì)見圖37。

       差壓式液位變送器測(cè)量液位在安裝時(shí)，負(fù)壓室應(yīng)安裝在上端，正壓室安裝在下端，儀表本體安裝在中間，這樣變送器就有一個(gè)負(fù)差壓，這個(gè)負(fù)差壓如數(shù)值不大，可用調(diào)零的方法予以去除。但有一定的數(shù)值時(shí)，則可用負(fù)遷移的方法來進(jìn)行消除，應(yīng)該注意到負(fù)遷移量程的大小只與兩個(gè)法蘭之間的高度之差h及不變液位的高度H。的大小有關(guān)，而與變送器本體安裝位置的高低無關(guān)。

              圖37  雙法蘭測(cè)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：儀表安裝前的校驗(yàn)值？

解：量程=r·H·g=0.80×1.2×9.81=9.4kPa

負(fù)遷移量=r。·h·g－r·H。·g=1.04×1.3×9.81－1.2×0.25×9.81=10.32kPa

答：安裝前應(yīng)將量程調(diào)整到－10.32kPa～－0.92kPa

2)雙法蘭變送器測(cè)量流量

對(duì)不能用導(dǎo)壓管引出的介質(zhì)可用雙法蘭差壓變送器進(jìn)行流量測(cè)量。

A、測(cè)量水平管道時(shí)，兩法蘭同在一水平面上，不存在遷移的問題，見圖38

圖38  被測(cè)管道呈水平狀態(tài)

 

       B、測(cè)量垂直管道時(shí)(見圖39)正壓室法蘭安裝在下面，負(fù)壓室法蘭安裝在上面，不管變送器本體安裝在什么位置，變送器始終有r。·H的液柱壓力，這個(gè)壓力必須用遷移的方法來進(jìn)行平衡，變送器應(yīng)有r。·H的正遷移量。

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