遠(yuǎn)傳法蘭變送器充灌液對儀表性能的影響

曹長青，王新輝

蘭州石油化工公司儀表廠，甘肅 蘭州 730060

0 引言

法蘭變送器主要應(yīng)用于現(xiàn)場工藝條件多樣化和特殊限制的場合，如介質(zhì)溫度超過變送器的規(guī)定范圍，使之不能直接安裝；介質(zhì)的粘度高，會(huì)阻塞變送器的測量元件和引壓部件；介質(zhì)不均勻并具有纖維化；介質(zhì)趨向于聚化或晶體化；過程本身對測量點(diǎn)的清潔度有要求；介質(zhì)會(huì)冷凝，一般差壓、壓力變送器無法實(shí)現(xiàn)信號的測量，必須采用法蘭遠(yuǎn)傳變送器進(jìn)行測量。本文分析了填充液介質(zhì)的選擇以及充灌量對法蘭變送器溫度特性的影響。

1 充灌液對儀表性能的影響

遠(yuǎn)傳法蘭變送器的壓力信號采集由遠(yuǎn)傳密封系統(tǒng)完成，壓力通過遠(yuǎn)傳系統(tǒng)內(nèi)的填充介質(zhì)傳遞到檢測器，填充液由于環(huán)境溫度的變化而發(fā)生膨脹或者收縮，則會(huì)出現(xiàn)與溫度有關(guān)的測量誤差。測量誤差的大小影響變送器實(shí)際測量的準(zhǔn)確程度。

2 充灌液影響儀表性能的分析

2.1 填充液介質(zhì)的選擇

原則：1）滿足過程對壓力和溫度要求；2）必須與過程介質(zhì)兼容；3）粘度較小，膨脹系數(shù)較小。

根據(jù)不同的使用環(huán)境和使用場合，法蘭部分所使用的充灌液也是不同的，如表1列出了幾種較常見的填充液：

表1 硅油特性

2.2 充灌量對法蘭遠(yuǎn)傳變送器溫度特性的影響

2.2.1 影響溫度附加誤差因素的分析

如果遠(yuǎn)傳密封和毛細(xì)管中的填充液由于溫度的影響而發(fā)生膨脹或者收縮，則會(huì)出現(xiàn)與溫度有關(guān)的測量誤差。與溫度有關(guān)的誤差取決于膜片的剛度、遠(yuǎn)傳密封膜片下填充液的影響以及過程法蘭下填充液的影響和變送器連接套管中填充液的影響。

1）膜片的剛度

遠(yuǎn)傳密封膜片的剛度是影響法蘭變送器性能的主要因素之一，膜片的剛度由其材質(zhì)、直徑及厚度決定。膜片受填充液隨溫度變化的影響與膜片的厚度和直徑有關(guān)，具體說，膜片受填充液隨溫度變化的影響與膜片的抗形變能力有關(guān)。

2）填充液

當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，所有的填充液在遠(yuǎn)傳密封系統(tǒng)內(nèi)都會(huì)膨脹或收縮，都會(huì)產(chǎn)生附加的溫度誤差，填充液的膨脹系數(shù)越小，產(chǎn)生的與溫度有關(guān)的誤差就越小。因此，選擇合適的填充液，可以減少與溫度有關(guān)的誤差。

2.2.2 溫度附加誤差的確定

硅油具有非常穩(wěn)定的物理特性，熱脹冷縮引起的體積變化可以近似地認(rèn)為是線性的，在定量容積的容器內(nèi)，硅油熱脹冷縮而產(chǎn)生的壓力變化可以近似為：

其中，K2為一只與容器物理參數(shù)有關(guān)的常數(shù)，dp為硅油膨脹引起的壓力變化，ΔV為硅油的體積變化量。

式中

其中，ΔT為硅油溫度變化量，ω為硅油膨脹系數(shù)，V為硅油體積。

將式（1）代入式（2）可得

由上式可以看出，在法蘭變送器型號確定后，也就是當(dāng)確定料法蘭變送器的各部分體積V和ω后，其膨脹產(chǎn)生的壓力只與溫度變化有關(guān)。

2.2.3 遠(yuǎn)傳密封溫度附加誤差分析

遠(yuǎn)傳密封的溫度誤差主要是由硅油膨脹的壓力引起隔離膜片形變而產(chǎn)生的，隔離膜片的剛性決定了形變的大小。隔離膜片的厚度和直徑?jīng)Q定了其剛性的大小，膜片越薄，其剛性越小，越容易引起形變，也就是說其抵抗彈性形變的能力越差，可以用下式表示抵抗形變的能力E。

其中，δ為膜片厚度，m為膜片質(zhì)量，d為膜片直徑，K3為常數(shù)。

根據(jù)m＝ρ v可算得膜片的質(zhì)量

將式（2）代入式（1）可得

由上式可看出毛細(xì)管的溫度附加誤差主要決定于毛細(xì)管的內(nèi)徑，毛細(xì)管的長度和溫度變化大小。

對上述溫度附加誤差與充灌量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得出：

充灌量的多少對法蘭變送器的溫度附加誤差有較大的影響，充灌量偏多，則法蘭變送器在溫度較高的環(huán)境中工作時(shí)，其溫度附加誤差會(huì)增加；充灌量偏少，則法蘭變送器在溫度較高的環(huán)境中工作時(shí)，其溫度附加誤差會(huì)增加。

3 結(jié)論

遠(yuǎn)傳法蘭變送器最主要的溫度附加誤差來源于遠(yuǎn)傳部分，遠(yuǎn)傳部分的部件由不銹鋼材料制成的，不銹鋼受環(huán)境溫度的影響很小，可以忽略：而毛細(xì)管內(nèi)的硅油受溫度的影響變化非常的大，是產(chǎn)生溫度附加誤差最大的因素。受溫度的影響，毛細(xì)管和膜下容量的硅油產(chǎn)生變化，對儀表性能的影響主要有以下幾點(diǎn)：

1）同種型號規(guī)格的遠(yuǎn)傳法蘭變送器充灌不同類別、型號的填充液時(shí)，變送器的性能有著顯著的差異（如工作環(huán)境、響應(yīng)時(shí)間、溫度附加誤差等）；

2）單向、靜壓是檢驗(yàn)變送器的設(shè)計(jì)制造是否合理、工藝流程是否正確、承載能力恢復(fù)能力、填充液的充灌量是否合適的有效方法；

3）充灌量偏多或者偏少都將使變送器在高溫時(shí)的溫度附加誤差增大。如果充灌的硅油太少在低溫時(shí)變送器的信號輸出無變化或者在還未顯示到正確示值時(shí)就不再變化；

4）充灌的硅油中不允許存在氣泡或者水分。（1）存在氣泡時(shí)，會(huì)使變送器在高溫時(shí)溫度附加誤差將增大；（2）存在水分時(shí)，會(huì)使變送器在零度以下溫度附加誤差增大甚至毛細(xì)管堵塞不能正確輸出信號；（3）兩種情況都存在時(shí)不但會(huì)出現(xiàn)上述兩種情形，還會(huì)影響儀表溫度、精度等特性指標(biāo)，而且能夠造成儀表的零點(diǎn)漂移。