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差压变送器安装位置影响分析及现场调试

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差压变送器是一种将压力差转换成直流标准信号的远传压力测量仪器,它广泛应用于各种流程工业自动控制领域以及水利水电、铁路交通、智能建筑、航空航天、天然气输配送、高压管道等众多领域的压力自动测量与控制之中。随着其应用范围的不断推广,由于其自身性能、安装、维护等方面的原因,在具体使用中出现了许多影响其准确测量等正常使用的问题。本文分析了安装位置变化导致影响差压变送器正常使用的因素,并提出了相应的现场调试方法,以期与同行共同探讨。
 
1.基本结构与工作原理
以金属电容式差压变送器为例进行说明。电容式差压变送器主要由测量和放大两大部分组成,测量部分的检测元件采用电容式差压传感器,其基本结构如图1所示。
 
测量时,介质压力通过隔离膜片和灌充硅油传递到中心的测量膜片上,该测量膜片是一张紧绷的弹元件,其形变位移量很小,可视为与两边的差压成正比。测量膜片(即中心电极)受压后形变位移,导致中心电极和两个固定电极组成的两个电容的电容值发生变化,此电容变化量由电容一电流转换电路转换电流信号ld,Id和调零与零迁电路产生的调零信号I的代数和同反馈电路产生的反馈信号I进行比较,其差值送入放大器,经放大后得到整机的输出信号l0。
图1中,测量膜片的左边为高压室,右边为低压室。在左右隔离膜片都不受介质压力的情况下,高、低压室之间应没有差压,测量膜片无形变,输出信号为0。
 
2．安装位置影响分析
由于差压变送器安装位置变化,引起其输出变化、产生附加误差的因素主要为差压变送器测量点与安装点的高度差和差压变送器的倾斜。
(1)测量点与安装点高度差的影响
由于工业现场总体设计的需要,差压变送器往往不能安装在使用现场的测量点附近,而是通过引压管引压到一个比较集中的地方,以便于维护和管理,这就会造成测量点与安装点之间存在高度差,引压管中的传压介质就会因高度差产生附加压力,从而产生影响,引入附加误差。
可用公式△p=ng△h来计算附加误差的大小,其中ρ为引压管中的传压介质密度,g为当地重力加速度,△h为测量点与安装点之间高度差的绝对值。按上述公式计算,可得1m高度差引起的空气传压介质的附加误差为12.12Pa,水传压介质的附加误差9.8kPa。在流程工业中,管道中工作介质的密度往往大于水的密度,可见即使是1m的高度差,引入的附加误差也是比较大的。
目前,0.2级差压变送器的使用极为广泛,若以附加误差对测量值的影响大于0.1%F·S为不可忽略,则通过计算可知,用于测量空气介质压力的差压变送器,当量程小于12.12kPa时,需要进行误差修正;用于测量水介质压力的差压变送器,当其量程小于9.8MPa时,需要进行误差修正。
(2)差压变送器的倾斜影响
从上述原理可知,差压测量时,检测元件是通过检测中心测量膜片的形变位移来感知两边压力差的。由于中心测量室内充满了灌充硅油,当差压变送器沿着垂直于测量膜片平面方向倾斜时(以下简称为左倾或右倾),灌充硅油本身对测量膜片会产生压力,引起膜片形变,导致输出值的变动。而当差压变送器沿着与测量膜片平面平行的方向倾斜的时候(以下简称为前倾或后倾),灌充硅油就不会压迫测量膜片,因此无影响。
采用三台不同量程的差压变送器,在相同倾斜方向和倾斜角度时,分别进行倾斜影响实验,实验结果见表1。同时对一台量程为36kPa的差压变送器,在对不同倾斜方向和倾斜角度上进行实验,实验结果见表2。
 

由上述实验结果可以看出:
(1)不同量程的变送器受倾斜影响的程度不同,量程越小,影响越大;
(2)当差压变送器前倾和后倾时,其输出线性和输出值变化不明显,不会影响其正常使用;
(3)当差压变送器左倾或右倾时,其输出值将根据倾斜角度发生单方向的漂移,角度越大,影响越大,但线性不会有明显变化。
 
3.现场调试
根据上述分析与实验结果可知,由于测量点与安装点位置的高度差、安装位置倾斜变化等因素,对差压变送器测量结果造成的影响是单方向的,且影响是线性的,因此为差压变送器现场调试、修正提供了依据。现场调试时,将差压变送器的高低测试口分别通大气,并确保不受周围空气流动等因素的影响,用现场手操器或者差压变送器自带调零装置调整零位输出,通过读取远方显示仪表或PC机显示值,当零位输出值在差压变送器zui大允许误差以内时,结束试,认为差压变送器已恢复到其规定的计量性能。否则,应重新进行调试,直至满足差压变送器的计量性能要求。
 
4.结论
差压变送器在使用中,由于其测量点与安装点位置的高度差、安装位置的左倾或右倾,将产生较大的附加误差,但因其线性度未发生变化,因此可采用调整零位的方法恢复其正常的测量性能,将保证其在工业过程自动化测量与控制中的正确使用,确保生产工艺正确、有效实施。