淺談差壓變送器的遷移

1． 液面的遷移

應用差壓變送器測量液面時，如果差壓變送器的正、負壓室與容器的取壓點處在同一水平面上，就不需要遷移。而在實際應用中，出于對設備安裝位置和便于維護等方面的考慮，測量儀表不一定都能與取壓點在同一水平面上；又如被測介質是強腐蝕性或重粘度的液體，不能直接把介質引入測壓儀表，必須安裝隔離液罐，用隔離液來傳遞壓力信號，以防被測儀表被腐蝕。這時就要考慮介質和隔離液的液柱對測壓儀表讀數的影響。

差壓變送器測量液位安裝方式主要有三種，為了能夠正確指示液位的高度，差壓變送器必須做一些技術處理——即遷移。遷移分為無遷移、負遷移和正遷移。

1.1 無遷移

將差壓變送器的正、負壓室與容器的取壓點安裝在同一水平面上。

設A點的壓力為P-，B點的壓力為P+，被測介質的密度為ρ，重力加速度為g，則ΔP= P+- P-=ρgh+ P-- P-=ρgh；如果為敞口容器，P-為大氣壓力，ΔP=P+=ρgh，由此可見，如果差壓變送器正壓室和取壓點相連，負壓室通大氣，通過測B點的表壓力就可知液面的高度。

當液面由h=0變化為h=hmax時，差壓變送器所測得的差壓由ΔP=0變為ΔP=ρghmax，輸出由4mA變為20mA。

假設差壓變送器對應液位變化所需要的儀表量程為30kPa，當液面由空液面變為滿液面時，所測得的差壓由0變為30kPa，其特性曲線如圖4中的(a)所示。

1.2 負遷移

為了防止密閉容器內的液體或氣體進入差壓變送器的取壓室，造成引壓管線的堵塞或腐蝕，在差壓變送器的正、負壓室與取壓點之間分別裝有隔離液罐，并充以隔離液，其密度為ρ1 。

當H=0時，P+=ρ1gh1 P-=ρ1g(H+h1)

ΔP= P+- P-=-ρ1gH

當H=Hmax時，P+=ρ1gh1 +ρgH P-=ρ1g（H+h1）

ΔP= P+- P-=ρgH-ρ1gH=(ρ-ρ1)gH

當H=0時，ΔP=-ρ1gH，在差壓變送器的負壓室存在一靜壓力ρ1gH，使差壓變送器的輸出小于4mA。當H=Hmax時，ΔP=(ρ-ρ1)gHmax，由于在實際工作中ρ1»ρ，所以，在zui高液位時，負壓室的壓力也遠大于正壓室的壓力，使儀表輸出仍小于實際液面所對應的儀表輸出。這樣就破壞了變送器輸出與液位之間的正常關系。為了使儀表輸出和實際液面相對應，就必須把負壓室引壓管線這段H液柱產生的靜壓力ρ1gH消除掉，要想消除這個靜壓力，就要調校差壓變送器,也就是對差壓變送器進行負遷移，ρ1gH這個靜壓力叫做遷移量。

調校差壓變送器時，負壓室接輸入信號，正壓室通大氣。假設儀表的量程為30kPa，遷移量ρ1gH=30kPa，調校時，負壓室加壓30kPa，調整差壓變送器零點旋鈕，使其輸出為4mA；之后，負壓室不加壓，調整差壓變送器量程旋鈕，直至輸出為20mA，中間三點按等刻度校驗。

當液面由空液面升至滿液面時，變送器差壓由ΔP=-30kPa變化至ΔP=0kPa，輸出電流值由4mA變為20mA，其特性曲線如圖4中的(b)所示。

1.3 正遷移

在實際測量中，變送器的安裝位置往往與zui低液位不在同一水平面上，如圖3所示。容器為敞口容器，差壓變送器的位置比zui低液位低h距離，ΔP=P =ρgH+ρgh。

當H=0時，ΔP=ρgh，在差壓變送器正壓室存在一靜壓力，使其輸出大于4mA。

當H=Hmax時，ΔP=ρgH+ρgh，變送器輸出也遠大于20mA，因此，也必須把ρgh這段靜壓力消除掉，這就是正遷移。 
調校時，正壓室接輸入信號，負壓室通大氣。假設儀表量程仍為30kPa，遷移量ρgh=30kPa。

如果現場所選用的差壓變送器屬智能型，能夠與HART手操器進行通訊協議，可以直接用手操器對其進行調校。

1.4 測量范圍、量程范圍和遷移量的關系

差壓變送器的測量范圍等于量程和遷移量之和，即測量范圍=量程范圍+遷移量。如圖4所示，a量程為30kPa，無遷移量，測量范圍等于量程為30kPa；b量程為30kPa，遷移量為-30kPa，測量范圍為-30～0kPa；c量程為30kPa，遷移量為30kPa，測量范圍為30～60kPa。

由此可見，正、負遷移的輸入、輸出特性曲線為不帶遷移量的特性曲線沿表示輸入量的橫坐標平移。正遷移向正方向移動，負遷移向負方向移動，而且移動的距離即為遷移量。

綜上所述，正、負遷移的實質是通過調校差壓變送器，改變量程的上、下限值，而量程的大小不變。如果從負壓室來看，也可以簡單理解為正遷移，好比在負壓室增加ρgh遷移量，而正遷移好比在負壓室減少ρgh遷移量。

2 利用遷移原理對液面測量方法進行改進

從以上分析中可以了解到差壓變送器測液面正、負遷移的原理，這樣在實際應用中，就可以根據生產裝置的工藝情況和儀表的使用條件及周圍環境等靈活應用，對液面的測量方法進行相應的改進。

3 帶遷移的差壓變送器故障分析

3.1 正遷移故障

判斷正遷移的差壓變送器在現場使用過程中測量是否準確，首先應關閉差壓變送器三閥組的正、負壓測量室，打開平衡閥及儀表放空堵頭，此時儀表輸出應低于4mA。如果輸出不低于4mA，可能是正壓室引線或三閥組有些堵。其次，關閉正壓室取壓點，打開放空開關，這時輸出應為4mA。如果輸出低于4mA，可能是遷移量變小或零位偏低；若灌有隔離液，可能是隔離液沒有灌滿或從旁處漏掉；如果輸出高于4mA，說明遷移量變大或零位偏高。

3.2負遷移故障

判斷負遷移的差壓變送器在現場使用過程中測量是否準確，首先關閉差壓變送器三閥組的正、負壓測量室，打開平衡閥及儀表放空堵頭，儀表輸出應為20mA。其次，關閉正、負壓室取壓點，打開放空開關，此時，儀表輸出應為4mA，如果不為20mA或4mA，應檢查正、負壓室引線是否堵，遷移量是否改變，零位是否準確，隔離液是否流失等。

4 結語

液位的準確控制是生產裝置穩定運行的前提保證，只有掌握了差壓變送器測液面遷移的原理，才能在實際應用中靈活運用，及時準確的處理現場儀表出現的故障，以及對控制方案進行改進。