差压变送器的迁移及故障诊断

1差压变送器的迁移及故障诊断摘要：本文详细论述了差压变送器工作原理、差压变送器测液面迁移原理及带迁移的差压变送器故障诊断。关键词：差压变送器迁移故障诊断在工业自动化生产中，差压变送器用于压力压差流量的测量，得到了非常广泛应用，在自动控制系统中发挥重要的作用。随着石化、钢铁、造纸、食品、医药企业自动化水平的不断提高,差压变送器的应用范围越来越广泛，生产中遇到的问题也越来越多，加之安装、使用、维护人员的水平差异，使得出现的问题不能迅速解决，一定程度上影响了生产的正常进行，甚至危及生产安全，因此对现场仪表维护人员的技术水平提出了更高要求。一．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。差压变送器的几种应用测量方式：(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，如图1所示。(2)利用液体自身重力产生的压力差，测量液体的高度，如图2所示。(3)直接测量不同管道、罐体液体的压力差值，如图3所示。图1流体流量测量图2液位高度测量图3管路间差压测量2二．液面的迁移应用差压变送器测量液面时，如果差压变送器的正、负压室与容器的取压点处在同一水平面上，就不需要迁移。而在实际应用中，出于对设备安装位置和便于维护等方面的考虑，测量仪表不一定都能与取压点在同一水平面上；又如被测介质是强腐蚀性或重粘度的液体，不能直接把介质引入测压仪表，必须安装隔离液罐，用隔离液来传递压力信号，以防被测仪表被腐蚀。这时就要考虑介质和隔离液的液柱对测压仪表读数的影响。差压变送器测量液位安装方式主要有三种，为了能够正确指示液位的高度，差压变送器必须做一些技术处理——即迁移。迁移分为：无迁移、负迁移和正迁移。2.1无迁移将差压变送器的正、负压室与容器的取压点安装在同一水平面上，如图1所示：图1无迁移原理图设A点的压力为P-，B点的压力为P+，被测介质的密度为ρ，重力加速度为g，则ΔP=P+-P-=ρgh+P--P-=ρgh；如果为敞口容器，P-为大气压力，ΔP=P+=ρgh，由此可见，如果差压变送器正压室和取压点相连，负压室通大气通过测B点的表压力就可知液面的高度。当液面由h=0变化为h=hmax时，差压变送器所测得的差压由ΔP=0变为ΔP=ρghmax，输出由4mA变为20mA。假设差压变送器对应液位变化所需要的仪表量程为30kPa，当液面由空液3面变为满液面时，所测得的差压由0变为30kPa，其特性曲线如图4中的(a)所示。2.2负迁移负迁移原理图如图2所示：图2负迁移原理图为了防止密闭容器内的液体或气体进入差压变送器的取压室，造成引压管线的堵塞或腐蚀，在差压变送器的正、负压室与取压点之间分别装有隔离液罐，并充以隔离液，其密度为ρ1。当H=0时，P+=ρ1gh1P-=ρ1g(H+h1)ΔP=P+-P-=-ρ1gH当H=Hmax时，P+=ρ1gh1+ρgHP-=ρ1g（H+h1）ΔP=P+-P-=ρgH-ρ1gH=(ρ-ρ1)gH当H=0时，ΔP=-ρ1gH，在差压变送器的负压室存在一静压力ρ1gH，使差压变送器的输出小于4mA。当H=Hmax时，ΔP=(ρ-ρ1)gHmax，由于在实际工作中ρ1»ρ，所以，在最高液位时，负压室的压力也远大于正压室的压力，使仪表输出仍小于实际液面所对应的仪表输出。这样就破坏了变送器输出与液位之间的正常关系。为了使仪表输出和实际液面相对应，就必须把负压室引压管线这段H液柱产生的静压力ρ1gH消除掉，要想消除这个静压力，就要调校差压变送器,也就是对差压变送器进行负迁移，ρ1gH这个静压力叫做迁移量。调校差压变送器时，负压室接输入信号，正压室通大气。假设仪表的量程为30kPa，迁移量ρ1gH=30kPa，调校时，负压室加压30kPa，调整差压变送器零点4旋钮，使其输出为4mA；之后，负压室不加压，调整差压变送器量程旋钮，直至输出为20mA，中间三点按等刻度校验。输入与输出的关系见表1：表1输入与输出的关系当液面由空液面升至满液面时，变送器差压由ΔP=-30kPa变化至ΔP=0kPa，输出电流值由4mA变为20mA。2.3正迁移正迁移原理图如图3所示：图3正迁移原理图在实际测量中，变送器的安装位置往往与最低液位不在同一水平面上，如图3所示。容器为敞口容器，差压变送器的位置比最低液位低h距离，ΔP=P=ρgH+ρgh。当H=0时，ΔP=ρgh，在差压变送器正压室存在一静压力，使其输出大于4mA。当H=Hmax时，ΔP=ρgH+ρgh，变送器输出也远大于20mA，因此，也必须把ρgh这段静压力消除掉，这就是正迁移。调校时，正压室接输入信号，负压室通大气。假设仪表量程仍为30kPa，迁5移量ρgh=30kPa。输入与输出的关系见表2：表2输入与输出的关系如果现场所选用的差压变送器属智能型，能够与HART手操器进行通讯协议，可以直接用手操器对其进行调校。2.4测量范围、量程范围和迁移量的关系差压变送器的测量范围等于量程和迁移量之和，即测量范围=量程范围+迁移量。如图4所示，a量程为30kPa，无迁移量，测量范围等于量程为30kPa；b量程为30kPa，迁移量为-30kPa，测量范围为-30～0kPa；c量程为30kPa，迁移量为30kPa，测量范围为30～60kPa。图4测量范围、量程范围和迁移量的关系由此可见，正、负迁移的输入、输出特性曲线为不带迁移量的特性曲线沿表示输入量的横坐标平移。正迁移向正方向移动，负迁移向负方向移动，而且移动的距离即为迁移量。综上所述，正、负迁移的实质是通过调校差压变送器，改变量程的上、下限值，而量程的大小不变。如果从负压室来看，也可以简单理解为正迁移，好比在负压室增加ρgh迁移量，而正迁移好比在负压室减少ρgh迁移量。6三．利用迁移原理对差压变送器故障分析3.1正负迁移故障的分析3.1.1正迁移故障判断正迁移的差压变送器在现场使用过程中测量是否准确，首先应关闭差压变送器三阀组的正、负压测量室，打开平衡阀及仪表放空堵头，此时仪表输出应低于4mA。如果输出不低于4mA，可能是正压室引线或三阀组有些堵。其次，关闭正压室取压点，打开放空开关，这时输出应为4mA。如果输出低于4mA，可能是迁移量变小或零位偏低；若灌有隔离液，可能是隔离液没有灌满或从旁处漏掉；如果输出高于4mA，说明迁移量变大或零位偏高。3.1.2负迁移故障判断负迁移的差压变送器在现场使用过程中测量是否准确，首先关闭差压变送器三阀组的正、负压测量室，打开平衡阀及仪表放空堵头，仪表输出应为20mA。其次，关闭正、负压室取压点，打开放空开关，此时，仪表输出应为4mA，如果不为20mA或4mA，应检查正、负压室引线是否堵，迁移量是否改变，零位是否准确，隔离液是否流失等。3.2差压变送器故障诊断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。(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：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，否则可进行下一步查找，如：智能差压变送器不能正常Hart远程通讯，可将电源从仪表本体上断开，用现场另加电源的方法为变送7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。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。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。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。四．结束语本文详细论述了差压变送器工作原理、差压变送器测液面迁移原理及带迁移的差压变送器故障诊断、正负迁移故障的分析。液位的准确控制是生产装置稳定运行的前提保证，只有掌握了差压变送器测液面迁移的原理，才能在实际应用中灵活运用，及时准确的处理现场仪表出现的故障，以及对控制方案进行改进。在老师傅们的耐心指导和帮助下，通过一年的虚心学习和不懈努力我对调试工作有了更进一步的认识，同时对调试工作产生了浓厚的兴趣。8