差壓變送器自動(dòng)化系統(tǒng)分析

韋貴兵

摘 要：自動(dòng)化儀表在化工、石油、鋼鐵、電力、輕工等行業(yè)的壓力測(cè)量及現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用廣泛，為電子工程自動(dòng)化控制下的單獨(dú)專業(yè)門類。儀器是信息采集的關(guān)鍵部分，主要用來測(cè)量電氣系統(tǒng)。其中壓力、差壓變送器作為控制系統(tǒng)的檢測(cè)變換部分，將氣體、蒸汽、液體的液位、流量和差壓等工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為DC4mA～20mA 電流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為調(diào)節(jié)器、顯示儀表或PLC模塊的輸入信號(hào)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和連續(xù)檢測(cè)。本文則以差壓變送器原理為切入點(diǎn)，詳細(xì)分析了差壓變送器在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：差壓變送器；自動(dòng)化系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，過程絕對(duì)壓力、差壓、參數(shù)壓力、流量等工藝參數(shù)均要予以嚴(yán)格控制。差壓變送器作為工業(yè)過程中重要的基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備之一，對(duì)工程參數(shù)控制精度要求也越來越嚴(yán)，同時(shí)還要具備能準(zhǔn)確傳送過程中參數(shù)、使用簡(jiǎn)單和抗干擾能力強(qiáng)等功能，因此具有很好的市場(chǎng)前景。

1 差壓變送器結(jié)構(gòu)原理

差壓變送器是測(cè)量變送器兩端壓力之差的變送器，和一般壓力變送器不同的是，它有2個(gè)輸入壓力接口，同時(shí)也會(huì)將其分為正壓端和負(fù)壓端，只有當(dāng)其中正壓端的壓力大于負(fù)壓端壓力后才能對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。差壓變送器原理為變送器傳感器雙側(cè)隔離膜片會(huì)直接接受來自雙側(cè)導(dǎo)壓管的差壓，之后經(jīng)膜片內(nèi)的密封液傳導(dǎo)至測(cè)量元件上并將所測(cè)得的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，最后傳遞給轉(zhuǎn)換器后經(jīng)放大處理為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。（具體如圖1所示）

檢測(cè)前，高、低壓室壓力平衡，P1=P2；按結(jié)構(gòu)要求，組成兩可變電容的固定弧形極板和檢測(cè)膜片對(duì)稱，極間距相等：C1=C2。

當(dāng)被測(cè)壓力P1和P2分別由導(dǎo)壓管進(jìn)入高、低壓室時(shí)，由于P1>P2，隔離膜片中心將發(fā)生位移，壓迫電解質(zhì)使高壓側(cè)容積變小。當(dāng)電解質(zhì)為不可壓縮體時(shí)，其容積變化址將引起檢測(cè)膜片中心向低壓側(cè)位移，此位移址和隔離膜片中心位移M扣等。根據(jù)電工學(xué)，當(dāng)組成電容的兩極板極間距發(fā)生變化時(shí)，其電容量也將發(fā)生變化，即從C1=C2變?yōu)镃1不等于C2。未發(fā)生位移時(shí)，I1=I2；發(fā)生位移后，由于相對(duì)極間距發(fā)生變化，各極板上的積聚電荷量也發(fā)生變化，形成電荷位移，此時(shí)反映出I1不等于I2，兩者之間將產(chǎn)生電流差，若檢測(cè)出其值大小以及和壓差的關(guān)系，即可求取流量。

2 差壓變送器在工業(yè)自動(dòng)化儀表中的應(yīng)用

2.1 液位測(cè)量

2.1.1 靜壓液位計(jì)

一般容器中裝有固定物料或液體時(shí)，受重力作用，這些液體和物料會(huì)對(duì)容器側(cè)壁或底部產(chǎn)生相應(yīng)的靜壓力。此靜壓力會(huì)在液體或物料的密度均勻狀態(tài)與液體的高度成正比，可準(zhǔn)確測(cè)出容器底部的靜壓力，進(jìn)而得知液位高度。測(cè)量容器液位的靜壓液位計(jì)，主要分為兩大類：（1）用于測(cè)量閉口容器液位的差壓式液位計(jì)，對(duì)閉口容器液位進(jìn)行測(cè)量時(shí)可應(yīng)用靜壓式液位計(jì)，變送器的示值與液位上面的氣相壓力有關(guān)，不僅局限于液柱的靜壓力。因此，變送器的輸出受氣相壓力的變化和容器內(nèi)液位變化的雙重影響，需采用差壓式液位計(jì)測(cè)量消除氣相壓力的影響。（2）用于測(cè)量開口容器液位的壓力式液位計(jì)。

2.1.2 雙室平衡容器差壓液位計(jì)

雙室平衡容器多測(cè)量工業(yè)鍋爐的汽包水位，由于汽鍋內(nèi)壓力大、溫度高，一旦不采取特殊裝置，無法恒定兩引壓導(dǎo)管內(nèi)的溫度。而實(shí)際上，雙室平衡容器是一個(gè)水位一差壓的轉(zhuǎn)換裝置，它借用連通器原理將汽包水位轉(zhuǎn)換為兩個(gè)容室中的壓力差并借此壓力差對(duì)汽包水位進(jìn)行測(cè)量。

2.2 流量測(cè)量

2.2.1 測(cè)速管流量計(jì)

測(cè)速管流量計(jì)的傳感原件為測(cè)速管，流量計(jì)通過測(cè)量流體的全壓和靜壓之差以獲得流體的流速并乘以管道截面積得出流體流量，用差壓變送器的高、低壓室檢測(cè)測(cè)速管的全壓和靜壓?？装辶髁坑?jì)和測(cè)速管流量計(jì)相同，都通過差壓變送器的輸出直接反映流體的流量。然而孔板流量計(jì)和測(cè)速管流量計(jì)的測(cè)量原理是不同的，雖然他們都是速度式儀表。測(cè)速管的流體流量是測(cè)管道上某一點(diǎn)或某幾點(diǎn)的平均流速，而孔板的流體流量為測(cè)管道截面積上的平均流速，因此測(cè)速管流量計(jì)的流體分布其規(guī)律要大于孔板，利于提高測(cè)量準(zhǔn)確率。

2.2.2 節(jié)流式流量計(jì)

和節(jié)流裝置配合是差壓變送器用得最廣泛的，它能測(cè)量各種流體的流量，主要包括三部分：引壓裝置、節(jié)流元件、上下游連接的直管。節(jié)流元件中有噴嘴、孔板和文丘利管，是該原件最基本的配件。測(cè)量流量的儀表在工業(yè)生產(chǎn)過程中有很多類，然而所占的比例最大和應(yīng)用最廣泛的則是差壓式流量計(jì)，不怕振動(dòng)、可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耐高低溫和其他惡劣條件等優(yōu)點(diǎn)，使它收到眾多好評(píng)。

2.2.3 內(nèi)藏孔板流量計(jì)

內(nèi)藏孔板流量計(jì)在差壓變送器的檢測(cè)部件內(nèi)部設(shè)計(jì)節(jié)流元件，該變送器主要用來測(cè)量微小流量。這種儀表適用于測(cè)量?50以下管道的流體流量，是差壓類流量計(jì)中的一種。在變送器內(nèi)部安裝孔板并將其和變送器融為一體，因此其外部不需引壓裝置，安裝特別簡(jiǎn)單。差壓變送器穩(wěn)定性好、精度高，屬于成熟儀表類型。再加上它和小口徑節(jié)流裝置設(shè)計(jì)至一體，無可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)牢固簡(jiǎn)單，可測(cè)量氣體、液體、蒸汽。

3 差壓變送器應(yīng)用注意事項(xiàng)

3.1 差壓變送器在使用前必須對(duì)其測(cè)量范圍、零點(diǎn)漂移量、精度、靜壓誤差等進(jìn)行復(fù)校。

3.2 開啟和停用時(shí)，應(yīng)避免儀表承受單向靜壓。

為了避免使用時(shí)單向受壓，每臺(tái)差壓變送器應(yīng)附帶一套三閥組件，通常把它安裝在差壓變送器的上方，其中閥1和閥3分別為高壓和低壓切斷閥，閥2為平衡閥。平衡閥2在開表和停表時(shí)用以保護(hù)差壓變送器和便于調(diào)零位。在開啟差壓變送器時(shí)，應(yīng)先開平衡閥2，然后再打開閥1和閥3，當(dāng)閥1和閥3全開后，再關(guān)閉閥2。在停用差壓變送器時(shí)，也應(yīng)先打開平衡閥2，然后再分別關(guān)閉閥1和閥3。按以上順序開啟和停用差壓變送器，可以避免差壓變送器承受單向靜壓而過載。

3.3 防止振蕩發(fā)生

差壓變送器會(huì)在阻力不相等時(shí)會(huì)突出微分器的特性。一般流量輸送管道的主要傳輸方式為泵或壓氣機(jī)，上述兩種自身就有規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象和管道中流體的擴(kuò)張、收縮問題，從而使傳輸過程中出現(xiàn)振蕩。對(duì)此，管道流量測(cè)量的取樣點(diǎn)位置有嚴(yán)格要求，必須在有足夠長(zhǎng)度的直管段上，以求取得流體介質(zhì)的平穩(wěn)流速，取樣點(diǎn)的上游直管段要大于下游直管段，具體要求數(shù)值由設(shè)計(jì)標(biāo)定；另外，可在測(cè)量管線上放置0.5～1.5孔徑的墊子來增加阻力，起到減少流量管線脈動(dòng)影響。

結(jié)語

綜上所述，近年來，隨著壓力測(cè)量和控制在工業(yè)生產(chǎn)中的普遍應(yīng)用，相應(yīng)的帶動(dòng)了部分自動(dòng)化技術(shù)。尤其壓力變送器為適應(yīng)工業(yè)控制、醫(yī)學(xué)測(cè)試及航空工業(yè)等方面的要求，逐漸往高精度化、智能化、集成化的方向發(fā)展。自動(dòng)化儀表作為電氣工程自動(dòng)化控制下的特殊及重要門類，是采集信息的關(guān)鍵部分，可將氣體、液體或蒸汽壓力、液位及流量等工藝參數(shù)轉(zhuǎn)化統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間的信息交換及共享，從而高效完成電氣工程監(jiān)控和協(xié)調(diào)任務(wù)，確保其安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]范立剛，馬騰蛟.差壓變送器的正確校驗(yàn)[J].化工自動(dòng)化及儀表，2013，40（09）.

[2]王兵峰，王林曉，劉瑩等.差壓變送器實(shí)際應(yīng)用中典型故障分析[C].中國(guó)石油和化工自動(dòng)化第八屆技術(shù)年會(huì)論文集，2009：269-271.

[3]隋洪崗.差壓變送器在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用及故障處理[J].山西電子技術(shù)，2011（03）：15-16.