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    差压变送器结构原理及在自动化生产控制系统的应用分析

    发表时间:2019-04-03 点击次数: 技术支持:15601403222
     
    化工、石油、钢铁、电力、轻工等行业的压力测量及现场控制广泛应用自动化仪表,是电子工程自动化控制下的单独专业门类。其中压力、差压变送器作为控制系统的检测变换部分,将气体、蒸汽、液体的液位、流量和差压等工艺参数转换为DC4mA~20mA 电流标准信号,作为调节器、显示仪表或PLC模块的输入信号,进一步实现自动控制和连续检测。在工业自动化控制系统中,过程绝对压力、差压、参数压力、流量等工艺参数均要予以严格控制。差压变送器作为工业过程中重要的基础自动化设备之一,对工程参数控制精度要求也越来越严,同时还要具备能准确传送过程中参数、使用简单和抗干扰能力强等功能,因此具有很好的市场前景。本文则以差压变送器原理为切入点,详细分析了差压变送器在自动化系统中的应用,以供参考。
     
      1 差压变送器结构原理
    差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器,和一般压力变送器不同的是,它有2个输入压力接口,同时也会将其分为正压端和负压端,只有当其中正压端的压力大于负压端压力后才能对其进行测量。差压变送器原理为变送器传感器双侧隔离膜片会直接接受来自双侧导压管的差压,之后经膜片内的密封液传导至测量元件上并将所测得的差压信号转换为与其对应的电信号,后传递给转换器后经放大处理为标准电信号输出。(具体如图1所示)检测前,高、低压室压力平衡,P1=P2;按结构要求,组成两可变电容的固定弧形极板和检测膜片对称,极间距相等:C1=C2。
     
    当被测压力P1和P2分别由导压管进入高、低压室时,由于P1>P2,隔离膜片中心将发生位移,压迫电解质使高压侧容积变小。当电解质为不可压缩体时,其容积变化址将引起检测膜片中心向低压侧位移,此位移址和隔离膜片中心位移M扣等。根据电工学,当组成电容的两极板极间距发生变化时,其电容量也将发生变化,即从C1=C2变为C1不等于C2。未发生位移时,I1=I2;发生位移后,由于相对极间距发生变化,各极板上的积聚电荷量也发生变化,形成电荷位移,此时反映出I1不等于I2,两者之间将产生电流差,若检测出其值大小以及和压差的关系,即可求取流量。

    差压变送器 差压变送器
     
      2 差压变送器在工业自动化仪表中的应用
      2.1 液位测量
      2.1.1 静压液位计
      一般容器中装有固定物料或液体时,受重力作用,这些液体和物料会对容器侧壁或底部产生相应的静压力。此静压力会在液体或物料的密度均匀状态与液体的高度成正比,可准确测出容器底部的静压力,进而得知液位高度。测量容器液位的静压液位计,主要分为两大类:(1)用于测量闭口容器液位的差压式液位计,对闭口容器液位进行测量时可应用静压式液位计,变送器的示值与液位上面的气相压力有关,不仅局限于液柱的静压力。因此,变送器的输出受气相压力的变化和容器内液位变化的双重影响,需采用差压式液位计测量消除气相压力的影响。
      (2)用于测量开口容器液位的压力式液位计。
      2.1.2 双室平衡容器差压液位计双室平衡容器多测量工业锅炉的汽包水位,由于汽锅内压力大、温度高,一旦不采取特殊装置,无法恒定两引压导管内的温度。而实际上,双室平衡容器是一个水位一差压的转换装置,它借用连通器原理将汽包水位转换为两个容室中的压力差并借此压力差对汽包水位进行测量。
      2.2 流量测量
      2.2.1 测速管流量计测速管流量计的传感原件为测速管,流量计通过测量流体的全压和静压之差以获得流体的流速并乘以管道截面积得出流体流量,用差压变送器的高、低压室检测测速管的全压和静压。孔板流量计和测速管流量计相同,都通过差压变送器的输出直接反映流体的流量。然而孔板流量计和测速管流量计的测量原理是不同的,虽然他们都是速度式仪表。测速管的流体流量是测管道上某一点或某几点的平均流速,而孔板的流体流量为测管道截面积上的平均流速,因此测速管流量计的流体分布其规律要大于孔板,利于提高测量准确率。
      2.2.2 节流式流量计
      和节流装置配合是差压变送器用得广泛的,它能测量各种流体的流量,主要包括三部分:引压装置、节流元件、上下游连接的直管。节流元件中有喷嘴、孔板和文丘利管,是该原件基本的配件。测量流量的仪表在工业生产过程中有很多类,然而所占的比例大和应用广泛的则是差压式流量计,不怕振动、可靠、结构简单、能耐高低温和其他恶劣条件等优点,使它收到众多好评。
      2.2.3 内藏孔板流量计
    内藏孔板流量计在差压变送器的检测部件内部设计节流元件,该变送器主要用来测量微小流量。这种仪表适用于测量∅50以下管道的流体流量,是差压类流量计中的一种。在变送器内部安装孔板并将其和变送器融为一体,因此其外部不需引压装置,安装特别简单。差压变送器稳定性好、精度高,属于成熟仪表类型。再加上它和小口径节流装置设计至一体,无可动部件,结构牢固简单,可测量气体、液体、蒸汽。
     
      3 差压变送器应用注意事项
      3.1 差压变送器在使用前必须对其测量范围、零点漂移量、精度、静压误差等进行复校。
      3.2 开启和停用时,应避免仪表承受单向静压。
      为了避免使用时单向受压,每台差压变送器应附带一套三阀组件,通常把它安装在差压变送器的上方,其中阀1和阀3分别为高压和低压切断阀,阀2为平衡阀。平衡阀2在开表和停表时用以保护差压变送器和便于调零位。在开启差压变送器时,应先开平衡阀2,然后再打开阀1和阀3,当阀1和阀3全开后,再关闭阀2。在停用差压变送器时,也应先打开平衡阀2,然后再分别关闭阀1和阀3。按以上顺序开启和停用差压变送器,可以避免差压变送器承受单向静压而过载。
      3.3 防止振荡发生
    差压变送器会在阻力不相等时会突出微分器的特性。一般流量输送管道的主要传输方式为泵或压气机,上述两种自身就有规则的脉动现象和管道中流体的扩张、收缩问题,从而使传输过程中出现振荡。对此,管道流量测量的取样点位置有严格要求,必须在有足够长度的直管段上,以求取得流体介质的平稳流速,取样点的上游直管段要大于下游直管段,具体要求数值由设计标定;另外,可在测量管线上放置0.5~1.5孔径的垫子来增加阻力,起到减少流量管线脉动影响。
     
      结语
      综上所述,近年来,随着压力测量和控制在工业生产中的普遍应用,相应的带动了部分自动化技术。尤其压力变送器为适应工业控制、医学测试及航空工业等方面的要求,逐渐往高精度化、智能化、集成化的方向发展。自动化仪表作为电气工程自动化控制下的特殊及重要门类,是采集信息的关键部分,可将气体、液体或蒸汽压力、液位及流量等工艺参数转化统一的标准信号,实现各设备间的信息交换及共享,从而高效完成电气工程监控和协调任务,确保其安全运行。

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