差壓變送器

差壓變送器用於防止管道中的介質直接進入變送器裏，感壓膜片與變送器之間靠注滿流體的毛細管連接起來。它用於測量液體、氣體或蒸汽的液位、流量和壓力，然後將其轉變成4～20mA DC信號輸出。圖封面為國產品牌的3051差壓變送器。

差壓變送器適用於下述幾種測控情況：

●高温下粘稠介質

●易結晶的介質

●帶有固體顆粒或懸浮物的沉澱性介質

●強腐蝕或劇毒性介質

可消除導壓管泄漏污染周圍環境現象的發生；可免去採用隔離液時，因測量信號的不穩定，需要經常補充隔離液的繁瑣工作。

●連續精確測量界面和密度

遠傳裝置可避免不同瞬間介質的交混，從而使測量結果真實地反映過程變化的實際情況。

●衞生清潔要求很高的場合

如食品、飲料和醫藥工業生產中，不僅要求變送器接觸介質部位符合衞生標準，並且應便於沖洗，以防止不同介質交叉污染 ^[1]  。

差壓變送器用於測量液體、氣體和蒸汽的液位、密度和壓力，然後將其轉變成4- 20mA DC的電流信號輸出。JT-3051DP也可以通過BRAIN手操器或CENTUM CS/μXL或HART 275手操器相互通訊，通過它們進行設定和監控等。

顧名思義差壓變送器所測量的結果是壓強差，即△P=ρg△h。而由於油罐往往是圓柱形，其截面圓的面積S是不變的，那麼，重力G=△P·S=ρg△h·S，S不變，G與△P成正相關。即只要準確地檢測出△P值，與液位高度h成反比，與高度差△h成正相關，在温度變化時，雖然油品體積膨脹或縮小，實際液位升高或降低，所檢測到的壓力始終是保持不變的。如果用户需要顯示實際液位，也可以引入介質温度補償予以解決。

使用對象：液體、氣體和蒸汽

測量範圍：0～0.1kPa至0～40MPa

輸出信號：4～20mA DC(特殊可為四線制220V AC供電，0～10mA DC輸出)

供電電源：12～45V DC，一般為24V DC

負載特性：與供電電源有關，在某一電源電壓時帶負載能力見圖2，負載阻抗RL與電源電壓Vs關係式為：RL≤50(Vs一12)

指示表：指針式線性指示0～100%刻度或LCD液晶式顯示。

防爆： 隔爆型 ExdIICT6

量程和零點：外部連續可調

正負遷移：零點經過正遷移或負遷移後，量程、測量範圍的上限值和下限值的絕對值，

均不能超過測量範圍上限的100%。(智能型：量程比15：1)最大正遷移量為最小調校量程的500%；最大負遷移量為最小調校量程的600%。

温度範圍：放大器工作温度範圍：--29～+93℃(LT型為：--25～+70℃)。

灌充硅油的測量元件：-40～+104℃

法蘭式變送器灌充高温硅油時：-20~+315℃，普通硅油：-40～+149℃

靜壓：4、10、25、32MPa

濕度：相對濕度為5～95%

容積吸取量：<0.16cm³

阻尼(階躍響應)：充硅油時，一般在0.2s到1.67s之間連續可調。

精確度： ±0.2%

死區：無(≤0.1%)

穩定性：六個月內(智能型為一年)不超過最大量程的基本誤差絕對值

振動影響：在任意軸向上，振動頻率為200Hz時，誤差為測量範圍上限的±0.05%/g

電源影響：小於輸出量程的0.005%/V

負載影響：電源如果穩定，則負載沒有影響。

1.切勿用高於36V電壓加到變送器上，導致變送器損壞；

2.切勿用硬物碰觸膜片，導致隔離膜片損壞；

3.被測介質不允許結冰，否則將損傷傳感器元件隔離膜片，導致變送器損壞，必要時需對變送器進行温度保護，以防結冰；

4.在測量蒸汽或其他高温介質時，其温度不應超過變送器使用時的極限温度，高於變送器使用的極限温度必須使用散熱裝置；

5.測量蒸汽或其他高温介質時，應使用散熱管，使變送器和管道連在一起，並使用管道上的壓力傳至變壓器。當被測介質為水蒸氣時，散熱管中要注入適量的水，以防過熱蒸汽直接與變送器接觸，損壞傳感器；

6.在壓力傳輸過程中，應注意以下幾點：

a.變送器與散熱管連接處，切勿漏氣；

b.開始使用前，如果閥門是關閉的，則使用時，應該非常小心、緩慢地打開閥門，以免被測介質直接衝擊傳感器膜片，從而損壞傳感器膜片；

c.管路中必須保持暢通，管道中的沉積物會彈出，並損壞傳感器膜片。

1.調查法：

回顧故障發生前的打火、冒煙、異味、供電變化、雷擊、潮濕、 誤操作、誤維修。

2.直觀法：

觀察迴路的外部損傷、導壓管的泄漏，迴路的過熱，供電開關狀態等。

3.檢測法：

1) 斷路檢測：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，否則可進下步查找，如：智能差壓變送器不能正常Hart遠程通訊，可將電源從表體上斷開，用現場另加電源的方法為變送器通電進行通訊，以查看是否電纜是否疊加約2kHz的電磁信號而干擾通訊。

2) 短路檢測：在保證安全的情況下，將相關部分迴路直接短接，如：差變送器輸出值偏小，可將導壓管斷開，從一次取壓閥外直接將差壓信號直接引到差壓變送器雙側，觀察變送器輸出，以判斷導壓管路的堵、漏的連通性。

3) 替換檢測：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生故障，可臨時更換一塊，以確定原因。

4)分部檢測：將測量回路分割成幾個部分，如：供電電源、信號輸出、信號變送、信號檢測，按分部分檢查，由簡至繁，由表及裏，縮小範圍，找出故障位置。

1、查看差壓變送器的電源是否接反了，電源正負極是不是接正確了。

2、測量變送器的供電電源，是否有24V直流電壓;必須保證供給變送器的電源電壓≥12V(即變送器電源輸入端電壓≥12V)。如果沒有電源則應檢查迴路是否斷線、檢測儀表是否選取錯誤(輸入阻抗應≤250Ω)等等。

3、如果壓力變送器是帶表頭的，需要檢查表頭是否損壞(可以先將表頭的兩根線短路，如果短路後正常，則説明是表頭損壞)，如果是表頭損壞，則需另換表頭。

4、如果是差壓壓力變送器出現問題，可將電流表串入24V電源迴路中，檢查電流是否正常。如果正常則説明變送器正常，此時應檢查迴路中其他儀表是否正常。

5、電源是否接在變送器電源輸入端，把電源線接在電源接線端口上。

在檢測差壓變送器故障時應該瞭解，差壓變送器的工作原理，才能讓我們更方便、快捷的找出原因。

差壓變送器工作原理：來自雙側導壓管的差壓直接作用於變送器傳感器雙側隔離膜片上，通過膜片內的密封液傳導至測量元件上，測量元件將測得的差壓信號轉換為與之對應的電信號傳遞給轉換器，經過放大等處理變為標準電信號輸出。

差壓變送器的幾種常見、實用測量方式：

1、與節流元件相結合，利用節流元件的前後產生的差壓值測量液體流量。

2、利用液體自身重力產生的壓力差，測量液體的高度。

3、直接測量不同管道、罐體液體的壓力差值。

變送器在測量過程中，常常會出現一些故障，故障的及時判定分析和處理，對正在進行了生產來説是至關重要的。我們根據日常維護中的經驗，總結歸納了一些判定分析方法和分析流程。

常規差壓變送器的校準:

先將阻尼調至零狀態，先調零點，然後加滿度壓力調滿量程，使輸出為20mA, 在現場調校講的是快，在此介紹零點、量程的快速調校法。調零點時對滿度幾乎沒有影響，但調滿度時對零點有影響，在不帶遷移時其影響約為量程調整量的1/5，即量程向上調整1mA，零點將向上移動約0.2mA,反之亦然。例如:輸入滿量程壓力為100Kpa, 該讀數為19.900mA, 調量程電位器使輸出為19.900+（20.000-19.900）×1.25=20.025mA. 量程增加0.125mA，則零點增加1/5×0．125=0.025. 調零點電位器使輸出為20.000mA. 零點和滿量程調校正常後，再檢查中間各刻度，看其是否超差?必要時進行微調。然後進行遷移、線性、阻尼的調整工作。

智能差壓變送器的校準

用上述的常規方法對智能變送器進行校準是不行的，因為這是由HART變送器結構原理所決定了。因為智能變送器在輸入壓力源和產生的4-20mA電流信號之間，除機械、電路外，還有微處理芯片對輸入數據的運算工作，因此調校與常規方法有所區別。實際上廠家對智能變送器的校準也是有説明的，如ABB的變送器，對校準就有：“設定量程”、“重定量程”、“微調”之分。其中“設定量程”操作主要是通過LRV、URV的數字設定來完成配置工作，而“重定量程"操作則要求將變送器連接到標準壓力源上，通過一系列指令引導，由變送器直接感應實際壓力並對數值進行設置。而量程的初始、最終設置直接取決於真實的壓力輸入值。但要看到儘管變送器的模擬輸出與所用的輸入值關係正確，但過程值的數字讀數顯示的數值會略有不同，這可通過微調項來進行校準。由於各部分既要單獨調校又必需要聯調，因此實際校準時可按以下步驟進行：

1、先做一次4-20mA微調，用以校正變送器內部的D/A轉換器，由於其不涉及傳感部件，無需外部壓力信號源。

2、再做一次全程微調，使4-20mA、數字讀數與實際施加的壓力信號相吻合，因此需要壓力信號源。

3、最後做重定量程，通過調整使模擬輸出4-20mA與外加的壓力信號源相吻合，其作用與變送器外殼上的調零（Z）、調量程（R）開關的作用完全相同。

差壓變送器是測量工藝管道或罐體中介質的壓力差，並且通過數據的轉換、開方將測量的差壓值轉換成電流信號輸出。選擇差壓變送器需要知道如下的參數：

1、差壓值

2、介質

3、介質的工作壓力

4、介質的工作温度

5、是智能還是模擬

⑴測量範圍、需要的精度及測量功能；

⑵測量儀表面對的環境，如石油化工的工業環境，有可熱（有毒）和爆炸危險氣氛的存在，有較高的環境温度等；

⑶被測介質的物理化學性質和狀態，如強酸、強鹼、粘稠、易凝固結晶和汽化等工況；

⑷操作條件的變化，如介質温度、壓力、濃度的變化。有時還要考慮到從開車到參數達到正常生產時，氣相和液相濃度和密度的變化；

⑸被測對象容器的結構、形狀、尺寸、容器內的設備附件及各種進出口料管口都要考慮，如塔、溶液槽、反應器、鍋爐汽包、立罐、球罐等；

⑹其它要求，如環保及衞生等要求；

⑺工程儀表選型要有統一的考慮，要求儘可能地減少規格品種，減少備品備件，以利管理；

⑻實際的工藝情況：

①要看介質的物化性質及潔淨程度，首選常規的差壓變送器及浮筒式液位變送器，還要對接觸介質部分的材質進行選擇；

② 對有些懸浮物、泡沫等介質可用單法蘭式差壓變送器。有些易析出、易結晶的用插入式雙法蘭差壓變送器；

③考慮被測對象是屬於哪一類設備。如槽、罐類，槽的容積較小，測量的範圍不會太大，罐的容積較大，測量的範圍可能較大；

④對高黏度介質的液位及高壓設備的液位，由於設備無法開孔，可選用射頻液位計來測量；

⑤除了測量方法上和技術上問題以外，還有儀表的投資問題 ^[2]  。

在温州新世紀油庫項目，筆者將此思路應用到實際設計中。

設計條件： 2000m³油罐，直徑d=14.5m，高度就可以得到實際油品的庫存量G，從公式還可知其密度ρh=14m。

一次表：法蘭式隔爆差壓變送器，選用法蘭式是防止罐底髒物沉澱而堵塞引壓管，變送器量程0～140kPa。

二次表：選用智能光柱顯示報警儀，萬能信號輸入，可任意改變量程，用光柱顯示液位，用數字顯示油品的噸數。以6#罐為例，S=π×r2=3.14×7.252=165m2，高為14m。

在油罐頂部，差壓變送器設計一套液位報警裝置，作為雙保險。在應用中由於測量值直接為噸數，故油罐不論貯存何種油品，二次表顯示的值是油罐內油品的噸數，避免了需要測定密度進行換算的麻煩。

差壓變送器一般情況油品出入庫往往是採用泵輸送經過橢圓齒輪流量計計量，由於流量計的精度有限，最高也只有0.2級，差壓變送器還需測密度計算，其結果往往有些出入，從而造成計量糾紛。因為油罐測量的結果為噸數，而且精度可達到0.2級甚至0.1級，因此，與容積式流量計相比，差壓變送器計量結果更準確。雖然在小數量的油品出入庫時，由於分辨率的原因，測量的結果絕對誤差較大，但在大數量的油品出入庫時，其較高的精度和較小的相對誤差，差壓變送器是其它計量手段所無法比擬的，特別適合月度、季度、年度的盤存。實踐表明其主要優點有：① 安裝維護簡單方便；②讀數直觀直接明確，可直接讀出油品的庫存量；③ 免除了密度的測定和換算。

(1)設計和安裝時應考慮油罐底部的取壓開孔儘可能放低，以消除温度變化而造成的誤差，必要時引入温度補償。

(2)在油罐的罐體水平截面不等的情況下(如上小下大)，要考慮補償措施。

(3)為達到一定精度，如油罐頂部裝有呼吸閥時，必須採用差壓變送器而不能採用壓力變送器。對敞口油罐或精度要求不高時，可直接採用壓力變送器以方便安裝。

(4)二次表儘量採用智能表，可方便改變量程，實現温度補償等 ^[3]  。

差壓變送器類型：

1、智能差壓變送器；

2、高靜壓差壓變送器；

3、微差壓變送器；

4、遠傳差壓變送器。

1、基本技術要求 

a.取壓點處應保證有直管段，兩邊各大於5D(管道通經)；   

b.在蒸汽管道上取壓時，應在管道的側面安裝引壓管；   

c.平衡罐應安裝在引壓管的最高點處；   

d.排污管應在靠近變送器引壓管連接處安裝；   

e.取壓點與變送器的管道距離應大於1米；    

f.變送器的安裝位置應低於取壓點的位置。  

2、汽包水位的安裝 

汽包水位測量系統的安裝除滿足國家和行業有關標準外，還應在如下的安裝中，根據汽包水位計測量的特性，加以注意，以保證水位測量儀表可靠正確運行。 .   

(1) 取樣孔獨立性原則 

每個水位測量裝置都應具有獨立的取樣孔。不得在同一取樣孔上並聯多個水位測量裝置，以避免相互影響，降低水位測量的可靠性。如果在同一個取樣孔上並聯2個或更多的取樣管，其中一個平衡門、一次門或排污門泄漏，或檢修時操作不當，極易影響並聯的其它水位計的測量，帶來很大的測量誤差，造成誤判。若正巧是三冗餘邏輯中的一對，易引發控制失靈、保護誤動或拒動，存在着很大的事故隱患。

當水位取樣點不夠時也不宜採用加連通管的方法增加取樣點。採用這種方法的實踐證明，當一台差壓水位計排污時，對其它差壓水位表計影響較大。更不宜在聯通管式水位計的取樣管上並聯差壓水位計，這不僅因為排污時相互影響，而且還會附加不確定的誤差。 

當汽包上水位測量取樣孔不夠時，可採用4.5節介紹的"多測孔接管技術"，在汽包上已提供的大口徑取樣管中插入1～2個取樣管的技術增多取樣點。當採用此方法時，應採取適當措施防止各個取樣系統互相干擾。 

(2) 取樣孔位置 

取樣孔位置應儘量避開汽包內水、汽工況不穩定區(如安全閥排氣口、汽包進水口、下降管口、汽水分離器水槽處等)，若不能避開時，應在汽包內取樣口處加裝穩流裝置。應優先選用汽、水流穩定的汽包端頭的測孔或將取樣口從汽包內部引至汽包端頭。實踐證明，汽包端頭取樣不僅取樣穩定，而且停爐後用汽包壁留下的水跡線核對也説明與水位計零位偏差很小。 

3、電容式差壓變送器安裝 

電容式差壓變送器由於其測量範圍很小，變送器中傳感元件的自重即會影響到微差壓變送器的輸出，因此在安裝電容式差壓變送器出現的零位變化情況屬正常情況。安裝時應使電容式變送器的壓力敏感件軸向垂直於重力方向，如果安裝條件限制，則應在安裝固定後調整變送器零位到標準值而滿量程的輸出信號不應由任何調整 ^[2]  。