差壓變送器的遷移及故障診斷

1、差壓變送器的遷移及故障診斷摘 要： 本文詳細(xì)論述了差壓變送器工作原理、差壓變送器測(cè)液面遷移原理及帶遷移的差壓變送器故障診斷。關(guān)鍵詞： 差壓 變送器 遷移 故障診斷 在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，差壓變送器用于壓力壓差流量的測(cè)量，得到了非常廣泛應(yīng)用，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。隨著石化、鋼鐵、造紙、食品、醫(yī)藥企業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高,差壓變送器的應(yīng)用范圍越來越廣泛，生產(chǎn)中遇到的問題也越來越多，加之安裝、使用、維護(hù)人員的水平差異，使得出現(xiàn)的問題不能迅速解決，一定程度上影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，甚至危及生產(chǎn)安全，因此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表維護(hù)人員的技術(shù)水平提出了更高要求。一 差壓變送器工作原理 來自雙側(cè)導(dǎo)壓管的差壓直接作

2、用于變送器傳感器雙側(cè)隔離膜片上，通過膜片內(nèi)的密封液傳導(dǎo)至測(cè)量元件上，測(cè)量元件將測(cè)得的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過放大等處理變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。差壓變送器的幾種應(yīng)用測(cè)量方式：(1) 與節(jié)流元件相結(jié)合，利用節(jié)流元件的前后產(chǎn)生的差壓值測(cè)量液體流量，如圖1所示。(2) 利用液體自身重力產(chǎn)生的壓力差，測(cè)量液體的高度，如圖2所示。(3) 直接測(cè)量不同管道、罐體液體的壓力差值，如圖3所示。 圖1 流體流量測(cè)量 圖2 液位高度測(cè)量 圖3 管路間差壓測(cè)量二 液面的遷移 應(yīng)用差壓變送器測(cè)量液面時(shí)，如果差壓變送器的正、負(fù)壓室與容器的取壓點(diǎn)處在同一水平面上，就不需要遷移。而在實(shí)際應(yīng)用中，出于對(duì)設(shè)備

3、安裝位置和便于維護(hù)等方面的考慮，測(cè)量?jī)x表不一定都能與取壓點(diǎn)在同一水平面上；又如被測(cè)介質(zhì)是強(qiáng)腐蝕性或重粘度的液體，不能直接把介質(zhì)引入測(cè)壓儀表，必須安裝隔離液罐，用隔離液來傳遞壓力信號(hào)，以防被測(cè)儀表被腐蝕。這時(shí)就要考慮介質(zhì)和隔離液的液柱對(duì)測(cè)壓儀表讀數(shù)的影響。 差壓變送器測(cè)量液位安裝方式主要有三種，為了能夠正確指示液位的高度，差壓變送器必須做一些技術(shù)處理即遷移。遷移分為：無遷移、負(fù)遷移和正遷移。2.1 無遷移 將差壓變送器的正、負(fù)壓室與容器的取壓點(diǎn)安裝在同一水平面上，如圖1所示：圖1 無遷移原理圖 設(shè)A點(diǎn)的壓力為P-，B點(diǎn)的壓力為P+，被測(cè)介質(zhì)的密度為，重力加速度為g，則P= P+- P-=gh+

4、P- P-=gh；如果為敞口容器，P-為大氣壓力，P=P+=gh，由此可見，如果差壓變送器正壓室和取壓點(diǎn)相連，負(fù)壓室通大氣通過測(cè)B點(diǎn)的表壓力就可知液面的高度。 當(dāng)液面由h=0變化為h=hmax時(shí)，差壓變送器所測(cè)得的差壓由P=0變?yōu)镻=ghmax，輸出由4mA變?yōu)?0mA。 假設(shè)差壓變送器對(duì)應(yīng)液位變化所需要的儀表量程為30kPa，當(dāng)液面由空液面變?yōu)闈M液面時(shí)，所測(cè)得的差壓由0變?yōu)?0kPa，其特性曲線如圖4中的(a)所示。2.2 負(fù)遷移 負(fù)遷移原理圖如圖2所示：圖2 負(fù)遷移原理圖為了防止密閉容器內(nèi)的液體或氣體進(jìn)入差壓變送器的取壓室，造成引壓管線的堵塞或腐蝕，在差壓變送器的正、負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間分別

5、裝有隔離液罐，并充以隔離液，其密度為1 。 當(dāng)H=0時(shí)，P+=1gh1 P-=1g(H+h1) P= P+- P-=-1gH 當(dāng)H=Hmax時(shí)，P+=1gh1 +gH P-=1g（H+h1） P= P+- P-=gH-1gH=(-1)gH 當(dāng)H=0時(shí)，P=-1gH，在差壓變送器的負(fù)壓室存在一靜壓力1gH，使差壓變送器的輸出小于4mA。當(dāng)H=Hmax時(shí)，P=(-1)gHmax，由于在實(shí)際工作中1»，所以，在最高液位時(shí)，負(fù)壓室的壓力也遠(yuǎn)大于正壓室的壓力，使儀表輸出仍小于實(shí)際液面所對(duì)應(yīng)的儀表輸出。這樣就破壞了變送器輸出與液位之間的正常關(guān)系。為了使儀表輸出和實(shí)際液面相對(duì)應(yīng)，就必須把負(fù)壓室引壓

6、管線這段H液柱產(chǎn)生的靜壓力1gH消除掉，要想消除這個(gè)靜壓力，就要調(diào)校差壓變送器,也就是對(duì)差壓變送器進(jìn)行負(fù)遷移，1gH這個(gè)靜壓力叫做遷移量。 調(diào)校差壓變送器時(shí)，負(fù)壓室接輸入信號(hào)，正壓室通大氣。假設(shè)儀表的量程為30kPa，遷移量1gH=30kPa，調(diào)校時(shí)，負(fù)壓室加壓30kPa，調(diào)整差壓變送器零點(diǎn)旋鈕，使其輸出為4mA；之后，負(fù)壓室不加壓，調(diào)整差壓變送器量程旋鈕，直至輸出為20mA，中間三點(diǎn)按等刻度校驗(yàn)。輸入與輸出的關(guān)系見表1： 表1 輸入與輸出的關(guān)系當(dāng)液面由空液面升至滿液面時(shí)，變送器差壓由P=-30kPa變化至P=0kPa，輸出電流值由4mA變?yōu)?0mA。2.3 正遷移 正遷移原理圖如圖3所示：圖

7、3 正遷移原理圖 在實(shí)際測(cè)量中，變送器的安裝位置往往與最低液位不在同一水平面上，如圖3所示。容器為敞口容器，差壓變送器的位置比最低液位低h距離，P=P =gH+gh。 當(dāng)H=0時(shí)，P=gh，在差壓變送器正壓室存在一靜壓力，使其輸出大于4mA。 當(dāng)H=Hmax時(shí)，P=gH+gh，變送器輸出也遠(yuǎn)大于20mA，因此，也必須把gh這段靜壓力消除掉，這就是正遷移。 調(diào)校時(shí)，正壓室接輸入信號(hào)，負(fù)壓室通大氣。假設(shè)儀表量程仍為30kPa，遷移量gh=30kPa。輸入與輸出的關(guān)系見表2： 表2 輸入與輸出的關(guān)系如果現(xiàn)場(chǎng)所選用的差壓變送器屬智能型，能夠與HART手操器進(jìn)行通訊協(xié)議，可以直接用手操器對(duì)其進(jìn)行調(diào)校。2

8、.4 測(cè)量范圍、量程范圍和遷移量的關(guān)系 差壓變送器的測(cè)量范圍等于量程和遷移量之和，即測(cè)量范圍=量程范圍+遷移量。如圖4所示，a量程為30kPa，無遷移量，測(cè)量范圍等于量程為30kPa；b量程為30kPa，遷移量為-30kPa，測(cè)量范圍為-300kPa；c量程為30kPa，遷移量為30kPa，測(cè)量范圍為3060kPa。 圖4 測(cè)量范圍、量程范圍和遷移量的關(guān)系 由此可見，正、負(fù)遷移的輸入、輸出特性曲線為不帶遷移量的特性曲線沿表示輸入量的橫坐標(biāo)平移。正遷移向正方向移動(dòng)，負(fù)遷移向負(fù)方向移動(dòng)，而且移動(dòng)的距離即為遷移量。綜上所述，正、負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是通過調(diào)校差壓變送器，改變量程的上、下限值，而量程的大小不變

9、。如果從負(fù)壓室來看，也可以簡(jiǎn)單理解為正遷移，好比在負(fù)壓室增加gh遷移量，而正遷移好比在負(fù)壓室減少gh遷移量。三利用遷移原理對(duì)差壓變送器故障分析 3.1 正負(fù)遷移故障的分析 3.1.1 正遷移故障判斷正遷移的差壓變送器在現(xiàn)場(chǎng)使用過程中測(cè)量是否準(zhǔn)確，首先應(yīng)關(guān)閉差壓變送器三閥組的正、負(fù)壓測(cè)量室，打開平衡閥及儀表放空堵頭，此時(shí)儀表輸出應(yīng)低于4mA。如果輸出不低于4mA，可能是正壓室引線或三閥組有些堵。其次，關(guān)閉正壓室取壓點(diǎn)，打開放空開關(guān)，這時(shí)輸出應(yīng)為4mA。如果輸出低于4mA，可能是遷移量變小或零位偏低；若灌有隔離液，可能是隔離液沒有灌滿或從旁處漏掉；如果輸出高于4mA，說明遷移量變大或零位偏高。3.

10、1.2負(fù)遷移故障 判斷負(fù)遷移的差壓變送器在現(xiàn)場(chǎng)使用過程中測(cè)量是否準(zhǔn)確，首先關(guān)閉差壓變送器三閥組的正、負(fù)壓測(cè)量室，打開平衡閥及儀表放空堵頭，儀表輸出應(yīng)為20mA。其次，關(guān)閉正、負(fù)壓室取壓點(diǎn)，打開放空開關(guān)，此時(shí)，儀表輸出應(yīng)為4mA，如果不為20mA或4mA，應(yīng)檢查正、負(fù)壓室引線是否堵，遷移量是否改變，零位是否準(zhǔn)確，隔離液是否流失等。3.2 差壓變送器故障診斷 變送器在測(cè)量過程中，常常會(huì)出現(xiàn)一些故障，故障的及時(shí)判定分析和處理，對(duì)正在進(jìn)行了生產(chǎn)來說是至關(guān)重要的。我們根據(jù)日常維護(hù)中的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)歸納了一些判定分析方法和分析流程。(1) 調(diào)查法：回顧故障發(fā)生前的打火、冒煙、異味、供電變化、雷擊、潮濕、誤操作

11、、誤維修。(2) 直觀法：觀察回路的外部損傷、導(dǎo)壓管的泄漏，回路的過熱，供電開關(guān)狀態(tài)等。(3) 檢測(cè)法： 斷路檢測(cè)：將懷疑有故障的部分與其它部分分開來，查看故障是否消失，如果消失，則確定故障所在，否則可進(jìn)行下一步查找，如：智能差壓變送器不能正常Hart遠(yuǎn)程通訊，可將電源從儀表本體上斷開，用現(xiàn)場(chǎng)另加電源的方法為變送器通電進(jìn)行通訊，以查看是否電纜是否疊加約2kHz的電磁信號(hào)而干擾通訊。 短路檢測(cè)：在保證安全的情況下，將相關(guān)部分回路直接短接，如：差變送器輸出值偏小，可將導(dǎo)壓管斷開，從一次取壓閥外直接將差壓信號(hào)直接引到差壓變送器雙側(cè)，觀察變送器輸出，以判斷導(dǎo)壓管路的堵、漏的連通性。 替換檢測(cè)：將懷疑有故障的部分更換，判斷故障部位。如：懷疑變送器電路板發(fā)生故障，可臨時(shí)更換一塊，以確定原因。 分部檢測(cè)：將測(cè)量回路分割成幾個(gè)部分，如：供電電源、信號(hào)輸出、信號(hào)變送、信號(hào)檢測(cè)，按分部分檢查，由簡(jiǎn)至繁，由表及里，縮小范圍，找出故障位置。四 結(jié)束語本文詳細(xì)論述了差壓變送器工作原理、差壓變