差压变送器在测量液位中的应用及其常见故障分析

1、工作原理

差压变送器的基本原理是：将一个空间用敏感元件（如膜盒）分割为两个压室，即正压室和负压室；分别向两个压室中引入压力时，传感器在正压和负压的共同作用下，产生一定的位移或者位移的趋势，这个位移（位移趋势）与两个压室的压力差成正比，通过内部转换电路将位移量转换为反应差压大小的标准的信号输出，通常输出的信号为标准的4～20mA电流信号。

在实际构造中，敏感元件的结构、转换方式、标准信号等都有很多种。结构方面：有电阻应变片、压阻式、电感式、电容式、谐振式等，但一般情况下都采用压阻式差压变送器，因为它具有价格低、线性好、便于维修、迁移量大、较高的精度等特性。转换方式：根据采用不同的传感器会有不同的转换方式，但可以肯定的是最终都是转换为电信号。标准信号：在目前生产中有电流信号、电压信号两种，通常采用的是4～20mA电流信号。

2、 迁移方式

在实际测量中,变送器的安装位置往往与被测液体的液面不在同一位置，根据差压变送器安装位置或测量容器的不同，有正迁移、负迁移和无迁移3种。

2.1 正迁移

差压变送器的正迁移适用于敞口或非敞口容器内液位的测量。安装时正压室连接容器接口，负压室与大气或者低压侧相通。假设容器为敞口容器，差压变送器的位置比液位低h距离，假设容器内液体密度为ρ，容器内液位高度为H，△P为变送器所受的压力，则△P=ρgH+ρgh。

当H=0时，△P=ρgh，差压变送器正压室存在一个静压力，压力大小为ρgh，使其输出电流信号大于4mA。

当H=Hmax时，△P=ρgH+ρgh，变送器输出大于20mA，所以必须把静压力ρgh消除掉，才能保证测量的液位高度与实际的液位相符，所以要对变送器进行调校。

假设变送器的量程为40KPa，迁移量为20KPa，正常的调校方法为：将变送器水平放置在地面上，正压侧通入信号，负压侧接大气，通入24V DC电源（必要情况下可在回路中串入250Ω电阻），调整变送器压力为20Kpa时输出信号大小为4mA，当压力为60Kpa时输出信号为20mA。由于现场仪表多属于支持Hart协议的智能型仪表，所以可直接用手持器对参数进行更改设置。

2.2 负迁移

对于密闭的容器而言，在测量液位的同时又要保证内部的介质不能泄露，这时就要采取负迁移的措施来实现液位的测量。以蒸汽汽包为例，为了防止汽包内的杂质堵塞导压管或者气泡进入正负压室，在变送器和所测容器的中间要安装隔离罐（隔离罐长度与取压点距离相同），并冲入水（如果所测介质具有腐蚀性，可在隔离罐中冲入）。假设变送器正负压室取压管处于同一水平面，水的密度为ρ，汽包内压力为F，汽包正负压取压点距离为H（即所测最大液位）。变送器所受静压力为△P（正负压室压力差）。

当H=0时，P+=F，P_=ρgH+F，△P=P+－P_=F－ρgHF=－ρgH，变送器负压侧存在一个静压力，压力大小为ρgH，使得变送器的输出小于4mA。

当H=Hmax时，P+=ρgH+F，P_=ρgH+F，△P=P+－P_=ρgH+F－ρgH－F=0，变送器两侧差压为0，输出20mA；

虽然满量程时与实际液位相符，但当液位高度H<Hmax（最大液位高度）时，变送器负压侧压力一直比正压侧压力大，使得变送器的输出一直小于实际液面所对应的信号输出，同时变送器与液位正常的线性关系被打破。要使输出信号与实际液位相符，必须要消除负压侧的静压力，即对变送器进行负迁移，迁移量为ρgH；正常情况下，负压侧充满液体（一般是水），假设满液位是60cm，则负迁移是-6Kpa，在没有液位的情况下，压变显示-6Kpa，即P+=0，P_=6Kpa，△P=P+－P_=0-6=-6Kpa；当容器液位达到60cm时，压变显示0Kpa，P+=6Kpa，P_=6Kpa，△P=P+－P_=6-6=0Kpa（汽包上部的气体压力作用到压变正负压室是相同的）。

2.3 无迁移

在正常生产下，现场的安装位置不可能和压变的正负压处于同一位置，而且生产过程中无迁移的情况很少能满足复杂的生产情况。所以使用无迁移的情况相比其他两种要少，这里就不再过多叙述。

3、 常见故障分析及解决办法

1）显示偏高或偏低。如果显示液位比实际液位偏低，说明容器正压压力没有到达变送器膜盒，有可能正压侧与取压点之间被堵，导致被测值偏低。这种情况只要清除正压部分的杂质即可恢复正常。如果偏高，说明负压引压管里面的液体没有达到所设定的负迁移量（比如正常有6Kpa，现在只有5Kpa），只要调节阀门使负压部分的引压管充满液体，达到6Kpa即可。

2）显示上下波动频繁。出现上下波动，很有可能是负压室引压管里有汽包，导致负压部分压力不稳定，只要排出气泡并重新充满液体即可。

3）零点漂移。由于生产现场环境可能对变送器产生一定的干扰，从而导致差压变送器内部所设定的参数发生变化，如果在重复1）、2）之后不能解决问题，就有必要停表检查变送器的零点并校正。轻微的漂移并不影响实际的测量值。