差压变送器

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简介
差压变送器用于防止管道中的介质直接进入变送器里，感压膜片与变送器之间靠注满流体的毛细管连接起来。它用于测量液体、气体或蒸汽的液位、流量和压力，然后将其转变成4～20mA DC信号输出。图封面为国产品牌的3051差压变送器。
差压变送器适用于下述几种测控情况：
●高温下粘稠介质
●易结晶的介质
●带有固体颗粒或悬浮物的沉淀性介质
●强腐蚀或剧毒性介质
可消除导压管泄漏污染周围环境现象的发生；可免去采用隔离液时，因测量信号的不稳定，需要经常补充隔离液的繁琐工作。
●连续精确测量界面和密度
远传装置可避免不同瞬间介质的交混，从而使测量结果真实地反映过程变化的实际情况。
●卫生清洁要求很高的场合
如食品、饮料和医药工业生产中，不仅要求变送器接触介质部位符合卫生标准，并且应便于冲洗，以防止不同介质交叉污染 
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特点
差压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，然后将其转变成4- 20mA DC的电流信号输出。JT-3051DP也可以通过BRAIN手操器或CENTUM CS/μXL或HART 275手操器相互通讯，通过它们进行设定和监控等。
设计原理
顾名思义差压变送器所测量的结果是压强差，即△P=ρg△h。而由于油罐往往是圆柱形，其截面圆的面积S是不变的，那么，重力G=△P·S=ρg△h·S，S不变，G与△P成正相关。即只要准确地检测出△P值，与液位高度h成反比，与高度差△h成正相关，在温度变化时，虽然油品体积膨胀或缩小，实际液位升高或降低，所检测到的压力始终是保持不变的。如果用户需要显示实际液位，也可以引入介质温度补偿予以解决。
相关参数
使用对象：液体、气体和蒸汽
测量范围：0～0.1kPa至0～40MPa
输出信号：4～20mA DC(特殊可为四线制220V AC供电，0～10mA DC输出)
供电电源：12～45V DC，一般为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2，负载阻抗RL与电源电压Vs关系式为：RL≤50(Vs一12)
指示表：指针式线性指示0～100%刻度或LCD液晶式显示。
防爆： 隔爆型 ExdIICT6
量程和零点：外部连续可调
正负迁移：零点经过正迁移或负迁移后，量程、测量范围的上限值和下限值的绝对值，
均不能超过测量范围上限的100%。(智能型：量程比15：1)最大正迁移量为最小调校量程的500%；最大负迁移量为最小调校量程的600%。
温度范围：放大器工作温度范围：--29～+93℃(LT型为：--25～+70℃)。
灌充硅油的测量元件：-40～+104℃
法兰式变送器灌充高温硅油时：-20~+315℃，普通硅油：-40～+149℃
静压：4、10、25、32MPa
湿度：相对湿度为5～95%
容积吸取量：<0.16cm
阻尼(阶跃响应)：充硅油时，一般在0.2s到1.67s之间连续可调。
精确度： ±0.2%
死区：无(≤0.1%)
稳定性：六个月内(智能型为一年)不超过最大量程的基本误差绝对值
振动影响：在任意轴向上，振动频率为200Hz时，误差为测量范围上限的±0.05%/g
电源影响：小于输出量程的0.005%/V
负载影响：电源如果稳定，则负载没有影响。
注意事项
1.切勿用高于36V电压加到变送器上，导致变送器损坏；
2.切勿用硬物碰触膜片，导致隔离膜片损坏；
3.被测介质不允许结冰，否则将损伤传感器元件隔离膜片，导致变送器损坏，必要时需对变送器进行温度保护，以防结冰；
4.在测量蒸汽或其他高温介质时，其温度不应超过变送器使用时的极限温度，高于变送器使用的极限温度必须使用散热装置；
5.测量蒸汽或其他高温介质时，应使用散热管，使变送器和管道连在一起，并使用管道上的压力传至变压器。当被测介质为水蒸气时，散热管中要注入适量的水，以防过热蒸汽直接与变送器接触，损坏传感器；
6.在压力传输过程中，应注意以下几点：
a.变送器与散热管连接处，切勿漏气；
b.开始使用前，如果阀门是关闭的，则使用时，应该非常小心、缓慢地打开阀门，以免被测介质直接冲击传感器膜片，从而损坏传感器膜片；
c.管路中必须保持畅通，管道中的沉积物会弹出，并损坏传感器膜片。
故障分析
1.调查法：
回顾故障发生前的打火、冒烟、异味、供电变化、雷击、潮湿、 误操作、误维修。
2.直观法：
观察回路的外部损伤、导压管的泄漏，回路的过热，供电开关状态等。
3.检测法：
1) 断路检测：将怀疑有故障的部分与其它部分分开来，查看故障是否消失，如果消失，则确定故障所在，否则可进下步查找，如：智能差压变送器不能正常Hart远程通讯，可将电源从表体上断开，用现场另加电源的方法为变送器通电进行通讯，以查看是否电缆是否叠加约2kHz的电磁信号而干扰通讯。
2) 短路检测：在保证安全的情况下，将相关部分回路直接短接，如：差变送器输出值偏小，可将导压管断开，从一次取压阀外直接将差压信号直接引到差压变送器双侧，观察变送器输出，以判断导压管路的堵、漏的连通性。
3) 替换检测：将怀疑有故障的部分更换，判断故障部位。如：怀疑变送器电路板发生故障，可临时更换一块，以确定原因。
4)分部检测：将测量回路分割成几个部分，如：供电电源、信号输出、信号变送、信号检测，按分部分检查，由简至繁，由表及里，缩小范围，找出故障位置。
故障调试步骤
1、查看差压变送器的电源是否接反了，电源正负极是不是接正确了。
2、测量变送器的供电电源，是否有24V直流电压;必须保证供给变送器的电源电压≥12V(即变送器电源输入端电压≥12V)。如果没有电源则应检查回路是否断线、检测仪表是否选取错误(输入阻抗应≤250Ω)等等。
3、如果压力变送器是带表头的，需要检查表头是否损坏(可以先将表头的两根线短路，如果短路后正常，则说明是表头损坏)，如果是表头损坏，则需另换表头。
4、如果是差压压力变送器出现问题，可将电流表串入24V电源回路中，检查电流是否正常。如果正常则说明变送器正常，此时应检查回路中其他仪表是否正常。
5、电源是否接在变送器电源输入端，把电源线接在电源接线端口上。
故障检测
在检测差压变送器故障时应该了解，差压变送器的工作原理，才能让我们更方便、快捷的找出原因。
差压变送器工作原理：来自双侧导压管的差压直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液传导至测量元件上，测量元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器，经过放大等处理变为标准电信号输出。
差压变送器的几种常见、实用测量方式：
1、与节流元件相结合，利用节流元件的前后产生的差压值测量液体流量。
2、利用液体自身重力产生的压力差，测量液体的高度。
3、直接测量不同管道、罐体液体的压力差值。
变送器在测量过程中，常常会出现一些故障，故障的及时判定分析和处理，对正在进行了生产来说是至关重要的。我们根据日常维护中的经验，总结归纳了一些判定分析方法和分析流程。
现场校准
常规差压变送器的校准:
先将阻尼调至零状态，先调零点，然后加满度压力调满量程，使输出为20mA, 在现场调校讲的是快，在此介绍零点、量程的快速调校法。调零点时对满度几乎没有影响，但调满度时对零点有影响，在不带迁移时其影响约为量程调整量的1/5，即量程向上调整1mA，零点将向上移动约0.2mA,反之亦然。例如:输入满量程压力为100Kpa, 该读数为19.900mA, 调量程电位器使输出为19.900+（20.000-19.900）×1.25=20.025mA. 量程增加0.125mA，则零点增加1/5×0．125=0.025. 调零点电位器使输出为20.000mA. 零点和满量程调校正常后，再检查中间各刻度，看其是否超差?必要时进行微调。然后进行迁移、线性、阻尼的调整工作。
智能差压变送器的校准
用上述的常规方法对智能变送器进行校准是不行的，因为这是由HART变送器结构原理所决定了。因为智能变送器在输入压力源和产生的4-20mA电流信号之间，除机械、电路外，还有微处理芯片对输入数据的运算工作，因此调校与常规方法有所区别。实际上厂家对智能变送器的校准也是有说明的，如ABB的变送器，对校准就有：“设定量程”、“重定量程”、“微调”之分。其中“设定量程”操作主要是通过LRV、URV的数字设定来完成配置工作，而“重定量程"操作则要求将变送器连接到标准压力源上，通过一系列指令引导，由变送器直接感应实际压力并对数值进行设置。而量程的初始、最终设置直接取决于真实的压力输入值。但要看到尽管变送器的模拟输出与所用的输入值关系正确，但过程值的数字读数显示的数值会略有不同，这可通过微调项来进行校准。由于各部分既要单独调校又必需要联调，因此实际校准时可按以下步骤进行：
1、先做一次4-20mA微调，用以校正变送器内部的D/A转换器，由于其不涉及传感部件，无需外部压力信号源。
2、再做一次全程微调，使4-20mA、数字读数与实际施加的压力信号相吻合，因此需要压力信号源。
3、最后做重定量程，通过调整使模拟输出4-20mA与外加的压力信号源相吻合，其作用与变送器外壳上的调零（Z）、调量程（R）开关的作用完全相同。
如何选择
差压变送器是测量工艺管道或罐体中介质的压力差，并且通过数据的转换、开方将测量的差压值转换成电流信号输出。选择差压变送器需要知道如下的参数：
1、差压值
2、介质
3、介质的工作压力
4、介质的工作温度
5、是智能还是模拟
选型依据
⑴测量范围、需要的精度及测量功能；
⑵测量仪表面对的环境，如石油化工的工业环境，有可热（有毒）和爆炸危险气氛的存在，有较高的环境温度等；
⑶被测介质的物理化学性质和状态，如强酸、强碱、粘稠、易凝固结晶和汽化等工况；
⑷操作条件的变化，如介质温度、压力、浓度的变化。有时还要考虑到从开车到参数达到正常生产时，气相和液相浓度和密度的变化；
⑸被测对象容器的结构、形状、尺寸、容器内的设备附件及各种进出口料管口都要考虑，如塔、溶液槽、反应器、锅炉汽包、立罐、球罐等；
⑹其它要求，如环保及卫生等要求；
⑺工程仪表选型要有统一的考虑，要求尽可能地减少规格品种，减少备品备件，以利管理；
⑻实际的工艺情况：
①要看介质的物化性质及洁净程度，首选常规的差压变送器及浮筒式液位变送器，还要对接触介质部分的材质进行选择；
② 对有些悬浮物、泡沫等介质可用单法兰式差压变送器。有些易析出、易结晶的用插入式双法兰差压变送器；
③考虑被测对象是属于哪一类设备。如槽、罐类，槽的容积较小，测量的范围不会太大，罐的容积较大，测量的范围可能较大；
④对高黏度介质的液位及高压设备的液位，由于设备无法开孔，可选用射频液位计来测量；
⑤除了测量方法上和技术上问题以外，还有仪表的投资问题 
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实际应用
在温州新世纪油库项目，笔者将此思路应用到实际设计中。
设计条件： 2000m油罐，直径d=14.5m，高度就可以得到实际油品的库存量G，从公式还可知其密度ρh=14m。
一次表：法兰式隔爆差压变送器，选用法兰式是防止罐底脏物沉淀而堵塞引压管，变送器量程0～140kPa。
二次表：选用智能光柱显示报警仪，万能信号输入，可任意改变量程，用光柱显示液位，用数字显示油品的吨数。以6#罐为例，S=π×r2=3.14×7.252=165m2，高为14m。
在油罐顶部，差压变送器设计一套液位报警装置，作为双保险。在应用中由于测量值直接为吨数，故油罐不论贮存何种油品，二次表显示的值是油罐内油品的吨数，避免了需要测定密度进行换算的麻烦。
差压变送器一般情况油品出入库往往是采用泵输送经过椭圆齿轮流量计计量，由于流量计的精度有限，最高也只有0.2级，差压变送器还需测密度计算，其结果往往有些出入，从而造成计量纠纷。因为油罐测量的结果为吨数，而且精度可达到0.2级甚至0.1级，因此，与容积式流量计相比，差压变送器计量结果更准确。虽然在小数量的油品出入库时，由于分辨率的原因，测量的结果绝对误差较大，但在大数量的油品出入库时，其较高的精度和较小的相对误差，差压变送器是其它计量手段所无法比拟的，特别适合月度、季度、年度的盘存。实践表明其主要优点有：① 安装维护简单方便；②读数直观直接明确，可直接读出油品的库存量；③ 免除了密度的测定和换算。
油库计量
(1)设计和安装时应考虑油罐底部的取压开孔尽可能放低，以消除温度变化而造成的误差，必要时引入温度补偿。
(2)在油罐的罐体水平截面不等的情况下(如上小下大)，要考虑补偿措施。
(3)为达到一定精度，如油罐顶部装有呼吸阀时，必须采用差压变送器而不能采用压力变送器。对敞口油罐或精度要求不高时，可直接采用压力变送器以方便安装。
(4)二次表尽量采用智能表，可方便改变量程，实现温度补偿等 
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产品型号
差压变送器类型：
1、智能差压变送器；
2、高静压差压变送器；
3、微差压变送器；
4、远传差压变送器。
安装
1、基本技术要求 
a.取压点处应保证有直管段，两边各大于5D(管道通经)；   
b.在蒸汽管道上取压时，应在管道的侧面安装引压管；   
c.平衡罐应安装在引压管的最高点处；   
d.排污管应在靠近变送器引压管连接处安装；   
e.取压点与变送器的管道距离应大于1米；    
f.变送器的安装位置应低于取压点的位置。  
2、汽包水位的安装 
汽包水位测量系统的安装除满足国家和行业有关标准外，还应在如下的安装中，根据汽包水位计测量的特性，加以注意，以保证水位测量仪表可靠正确运行。 .   
(1) 取样孔独立性原则 
每个水位测量装置都应具有独立的取样孔。不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置，以避免相互影响，降低水位测量的可靠性。如果在同一个取样孔上并联2个或更多的取样管，其中一个平衡门、一次门或排污门泄漏，或检修时操作不当，极易影响并联的其它水位计的测量，带来很大的测量误差，造成误判。若正巧是三冗余逻辑中的一对，易引发控制失灵、保护误动或拒动，存在着很大的事故隐患。
当水位取样点不够时也不宜采用加连通管的方法增加取样点。采用这种方法的实践证明，当一台差压水位计排污时，对其它差压水位表计影响较大。更不宜在联通管式水位计的取样管上并联差压水位计，这不仅因为排污时相互影响，而且还会附加不确定的误差。 
当汽包上水位测量取样孔不够时，可采用4.5节介绍的"多测孔接管技术"，在汽包上已提供的大口径取样管中插入1～2个取样管的技术增多取样点。当采用此方法时，应采取适当措施防止各个取样系统互相干扰。 
(2) 取样孔位置 
取样孔位置应尽量避开汽包内水、汽工况不稳定区(如安全阀排气口、汽包进水口、下降管口、汽水分离器水槽处等)，若不能避开时，应在汽包内取样口处加装稳流装置。应优先选用汽、水流稳定的汽包端头的测孔或将取样口从汽包内部引至汽包端头。实践证明，汽包端头取样不仅取样稳定，而且停炉后用汽包壁留下的水迹线核对也说明与水位计零位偏差很小。 
3、电容式差压变送器安装 
电容式差压变送器由于其测量范围很小，变送器中传感元件的自重即会影响到微差压变送器的输出，因此在安装电容式差压变送器出现的零位变化情况属正常情况。安装时应使电容式变送器的压力敏感件轴向垂直于重力方向，如果安装条件限制，则应在安装固定后调整变送器零位到标准值而满量程的输出信号不应由任何调整 
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