02.液位变送器的使用与校验

任务二、差压式液位变送器的使用与校验[任务描述]差压式液位变送器是一种通过测量容器内液体静压力差从而计算出液体在其中的高度（液位）的检测仪表。

由于其特定的工作原理，在每次使用时必须对其进行零点和满程的调整，在某些特定情况下，还必须对其进行线性调整。

本任务学习如何调整电容式液位变送器的零点和满程，即对其进行校验。

[学习目标]1.理解差压式液位变送器的工作原理和零点迁移概念；2.掌握差压式液位变送器的输入-输出特性；3.掌握差压式液位变送器校验的步骤和操作方法。

一、任务实施步骤1．教师简单讲解物位测量的意义，所用仪表的种类和工作原理，重点讲解差压式液位变送器工作原理，及其零点迁移问题，从而引出差压式液位变送器的零点和满程调整问题；2．教师演示THPYB-1工业仪表自动化实验实训平台的使用方法；3．观察教师演示差压式液位变送器校验操作后，4人一组分组对变送器进行校验。

校验步骤如下：（1）实验之前先将储水箱中贮足水量，一般接近储水箱容积的4/5,将阀F1-1、F1-3全开, 其余手动阀门关闭；（校验流程图见相关知识部分）（2）将“电容式液位变送器”的输出对应接至智能调节仪Ⅰ的“电压信号输入”端，将智能调节仪Ⅰ的“4～20mA输出”端对应接至“电动执行机构”的控制信号输入端；电动执行器按照图4-9-3所示接线；（3）打开控制柜的单相空气开关，然后给智能仪表和电动执行机构上电；（4）智能仪表Ⅰ参数设置：Sn=33、DIP=1、dIL=0、dIH=50、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=1；（5）手动控制智能调节仪Ⅰ的输出到100%，打开离心泵电源，给水箱供水，待液位上升到一定高度后，关闭离心泵，将压力变送器端的导压管接头拧下，排尽空气后带水拧上，注意不要用扳手拧的太紧；（6）打开阀F1-7给液位水箱放水，控制液位水箱在0mm时关闭阀F1-7，才可对零点进行校验；（7）零点校验：对液位水箱中液位读数时，要平视水位的凹液面，读出读数并作好记录（此时液位在第（6）步已控制在0cm了），此参数作为压力变送器的零点校验值，将“电容式液位变送器”左边旋盖打开，调节电路板中的零点电位器，最终使仪表显示数值等于液位读数值0cm；（8）满程校验：关闭阀F1-7，打开离心泵电源，给水箱供水，待液位达到稍高于50cm 的位置时，关闭离心泵电源，调节阀F1-7最终控制水箱液位在50cm，对液位水箱中液位读数时，要平视水位的凹液面，读出读数并作好记录，调整增益电位器使仪表显示值等于水箱液位值50cm。

之后，将水放光，比较变送器零点与智能调节仪中的读数，如果两者相差较大，则需从新调整零点。

然后重复（8）的操作，直至零点和满程误差在0.2cm。

（9）增益调节完成后，打开阀F1-7给液位水箱放水，取液位水箱中间的几个点作观测，以确定液位是否线性，如相差较大，则重复（7）～（8）两步；二、思考题1．按工作原理的不同，物位测量仪表有哪些主要类型？它们的工作原理各是什么？2．差压式液位计的工作原理是什么？当测量有压容器的液位时，差压计的负压室为什么一定要与容器的气相相连接？3．什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？4．测量高温液体（指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况）时，经常在负压管上装有冷凝罐（见下图）问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移？如要迁移，迁移量应如何考虑？高温液体的液位测量三、相关知识1.物位检测基础知识物位是指存放在容器或工业设备中物料的位置和高度，包括液位、界位和料位。

液体介质的液面（气液分界面）高度称为液位，两种密度不同且互不相溶的液体的分界面称为界位，固体粉末或颗粒状介质的堆积高度称为料位。

液位、界位和料位的测量统称为物位测量。

在化工生产中，液位的检测常见于测量贮存于各种罐、塔、槽中液体的高度。

界位的测量常见于储罐、分馏塔、分离器中油水界面的位置或两种不同化工液体的分界面的测量。

料位的测量常见于测量料斗、罐、堆场、仓库等处的水泥、滤料、粮食、污泥等固体颗粒、粉料等的堆积高度或表面位置。

物位检测的目的主要有两个：一种是对物位检测的绝对值要求非常准确，借以确定容器或储存库中的原料、辅料、半成品或成品的数量；另一种是对物位检测的相对值要求非常准确，要能迅速正确反映某一特定水准面上的物料的相对变化，用以连续控制生产工艺过程，即利用物位仪表进行监视和控制。

物位检测对工业安全生产关系非常密切。

除了上述合成氨铜洗塔的液位检测外，油田原油电脱水器油水界面的高低，不但影响脱水效果，甚至会造成电极水淹，酿成事故。

炼油工艺中精馏塔中液位也是影响生产的关键参数。

因此必须非常重视物位的检测。

2. 物位检测方法与仪表的分类物位检测仪表的形式很多，按其结构原理不同，大致可以分为以下几种：（1）玻璃液位计图2-2 差压式液位计原理图 玻璃液位计是使用最早最简单的一种直读式液位计。

它是根据连通器原理工作的，一端连接气相，一端连接液相。

它有两种类型：一种是玻璃管式液位计，另一种是玻璃板式液位计。

玻璃式液位计结构简单，价格便宜，一般用在温度和压力都不太高的场合就地指示液位的高低。

其缺点是玻璃易碎，不能远传信号和自动记录。

（2）浮力式物位计 浮力式物位计是应用最早的物位测量仪表之一，主要用于液位和界位的测量。

它结构简单，造价低廉，维护也比较方便。

浮力式物位计有恒浮力式液位计、变浮力式物位计两类。

前者利用浮子随液位的升降来反映液位的变化，后者利用浮筒所受浮力随液位、界位高度变化来实现物位测量。

常见的浮力式物位计有浮子式液位计、浮球式液位计、磁翻板式液位计、浮筒式物位计等。

（3）差压式液位计 差压式液位计利用液柱对某定点产生的压力差的原理工作，是化工生产企业中广泛使用的一种液位检测仪表，具有信号可远传、自动记录等优点。

（4）电磁式物位计电磁式液位计将物位的变化转化为一些电量的变化，通过测出这些电量的变化来检测物位，它可分为电阻式物位计、电容式物位计和电感式物位计。

（5）雷达式液位计 雷达式液位计采用微波技术的液位检测仪表，当前在石化领域广泛被采用。

由于微波具有良好的定向辐射性，在传输过程中受火焰、灰尘、烟雾及强光的影响极小，因此可以用来连续测量腐蚀性液体、高黏度液体和有毒液体的液位。

它没有可动部件、不接触介质、没有测量盲区，而且精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对介电常数的影响，在易燃易爆情况下仍能采用。

（6）辐射式物位计辐射式物位计是利用放射性同位素发射和吸收强度随物质层的厚度而变化的原理而工作的，是一种非接触式测量，能测量各种物位，但成本高，使用和维护不方便，且安全性较差，目前应用较多的是γ射线。

3.差压式液位变送器工作原理及零点迁移问题差压式液位计是利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的，如图2-4所示。

根据流体静力学原理可知B A P P H g ρ=+ 2-1式中：A B P P 、——分别是A 、B 两处的压力；H ——液位高度；ρ——介质密度； g ——重力加速度。

图2-4 负迁移示意图图2-3 差压变送器的输入输出关系 由式2-1可得B A P P P H g ρ∆=-= 2-2介质密度一般是已知的。

因此从2-2式可以看出只要测出A 、B 两处的压力之差P ∆，则可间接出液位高度H 。

用差压式液位计测量液位时，如果被测容器是与大气相通的，则差压计负压室通大气即可，这是也可以用压力变送器代替差压变送器测量液位的高低。

如果容器是密封的，与大气不相通，则需将差压变送器的负压室与容器的气相相连。

差压变送器的输入是正、负压室的压力之差P ∆，输出为电流o I ，对于目前广泛使用的变送器其输出电流一般都是4~20mA 的直流电流。

P ∆与o I 如图2-3，可见这是一条直线，其方程为1645000o I P =∆+ 2-3 在使用差压变送器测量液位时，假设被测介质的密度31000/kg m ρ=，按照式2-2，同时参照图2-3中差压变送器的o I -P ∆关系，则差压变送器的输出电流I o 与液位H 之间有如下关系当H=0时，P ∆=0，输出电流I o 为4mA 。

或者反过来说，当显示、控制仪表接到变送器送来的4mA 电流时，便知道此时液位H 为0m 。

当max 0.51H H m =≈时，m a x 5000P H g Pa ρ∆=≈，输出电流I o 为20mA 。

或者反过来说，当显示、控制仪表接到变送器送来的20mA 电流时，便知道此时液位H 为0.51m 。

我们将这种液位的上、下限（0，H max ）分别对应变送器输出信号的上、下限（4mA ，20mA ）的情况称为无迁移情况，其接线图如图2-2。

但是在实际应用中，往往H 与P ∆的关系不遵循2-2式，这时H 与变送器的输出电流I o 之间就不再有前述的对应关系了。

如图2-4所示，为防止容器内液体和气体进入变送器而造成管线堵塞或腐蚀，并保持负压室的液柱高度恒定，在变送器正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐，并充以隔离液。

若被测介质密度为311000/kg m ρ=，隔离液密度为321100/kg m ρ=，210.8,0.4h m h m ==这时正、负压室的压力分别为112102220P h g H g P P h g P ρρρ=++=+正、负压室之间压差为121212()P P P H g h h g ρρ∆=-=-- 2-4比较2-2与2-4式，可知2-4式比2-2式多了212()h h g ρ--这一项，这个时候我们再来考察差压变送器的输出电流I o 与液位H 之间关系，则根据2-4式，有如下结论当H=0时，212()0.411009.814316P h h g ρ∆=--=-⨯⨯=-Pa ，则输出电流I o <4mA 。

当显示、控制仪表接到变送器送来的4mA 电流，若仍然根据前述无迁移情况下液位H 与电流I o 的关系判断此时液位为零，那么很明显这个判断是错误的。

因为根据式2-3可知此时50005000(4)(44)01616o P I ∆=-=-=Pa 将P ∆代入2-4式可得真实的液位H 真2121[()]/[0(0.80.4)11009.81]/(10009.81)0.44H P h h g g m ρρ=∆+-=+-⨯⨯⨯=真可见测量值与真实值的存在着非常大的误差。

同理可分析当H=H max =0.51时，测量值也是远远小于真实值。

经过上述分析，我们可以看出问题在于：在o H P I ∆、、三者的关系中，由于2-4比2-2多出了212()h h g ρ--这一项，使得H 与P ∆的关系发生了变化，而P ∆与o I 的关系没有发生变化，这就使得根据差压变送器的输出信号o I 来判断被测变量H 出现了误差，其误差大小为2121()/h h ρρ--。