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關(guān)于帶壓容器高精度投入式液位變送器設(shè)計(jì)描述
發(fā)表時(shí)間：2018-06-12 ??點(diǎn)擊次數(shù)：782? 技術(shù)支持：1560-1403-222
投入式液位變送器比浮球式、干簧管式、浮球磁致伸縮式、雷達(dá)式、超聲波式的明顯優(yōu)勢(shì)。投入式液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要是：測(cè)量精度高；安裝方便；信號(hào)可遠(yuǎn)傳遙控；可以通過選擇不同的材料抵抗各種介質(zhì)的腐蝕；適合用于防爆場(chǎng)合；價(jià)格適中。投入式液位計(jì)的基本工作原理就是靜壓液位測(cè)量。液體介質(zhì)中，某一個(gè)深度產(chǎn)生的壓力就是測(cè)量點(diǎn)以上的介質(zhì)自身的重量所產(chǎn)生的。它與介質(zhì)的密度和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣瘸烧取Ｍㄟ^公式P=ρgh反映了他們之間的比例關(guān)系。其中P=壓力，ρ＝介質(zhì)密度，g＝重力加速度，h＝測(cè)量點(diǎn)的深度。所以投入式液位計(jì)測(cè)量的物理量其實(shí)是壓力，通過投入式液位計(jì)的標(biāo)定單位mH2O 就可以了解。
而實(shí)際的液位必須通過知道密度和重力加速度這兩個(gè)參數(shù)后，通過換算獲得。這樣的換算在工業(yè)領(lǐng)域中通常是通過二次儀表或者PLC進(jìn)行的。缺點(diǎn)表現(xiàn)為：測(cè)量信號(hào)需要換算；無法測(cè)量超過125℃的高溫介質(zhì)溫度；測(cè)量介質(zhì)的密度必須均勻一致。
但目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品都是表壓，不能測(cè)帶壓容器的液位。生產(chǎn)實(shí)際需要，本文設(shè)計(jì)出了能測(cè)量帶壓容器的投入式液位變送器，并且?guī)в幸欢ǖ臏囟茸匝a(bǔ)償功能，解決了生產(chǎn)中的測(cè)量難題。
差壓變送器和差壓雙遠(yuǎn)傳雙法蘭變送器可以測(cè)量帶壓罐內(nèi)的液位。比如：火力發(fā)電廠的汽包液位測(cè)量。使用中，差壓變送器低壓端安裝在與汽包相連補(bǔ)償式平衡容器底部，高壓端安裝在與汽包相連的平衡容器的與汽包正常水位平齊的位置。
如圖1 所示。
圖1 汽包液位測(cè)量簡(jiǎn)圖
但是對(duì)于只有一個(gè)上邊的取壓口的密閉容器或者是半地下罐，用現(xiàn)有的差壓變送器就不行。用浮球式液位計(jì)，對(duì)于高壓和粘稠介質(zhì)，也不行，球會(huì)被壓壞或粘住不動(dòng)；用雷達(dá)和超聲波液位計(jì)，有盲區(qū)，造價(jià)又高。
我們?cè)O(shè)想用差壓原理，將差壓高壓端（H 端）做出充油的毛細(xì)管和受壓膜盒，毛細(xì)管加膜盒長(zhǎng)度為從帶壓容器上的連接器到容器底部；差壓變送器低壓端（L 端）也做一個(gè)膜盒，膜片直徑同高壓端的膜盒。這個(gè)膜盒置于上端的容器內(nèi)，連接器下，也可以置于連接上邊的封閉腔室內(nèi)，封閉腔室與連接器（法蘭）上有差壓傳感器低壓端引壓孔，與被測(cè)容器相連。用以自動(dòng)減去容器內(nèi)壓力。為了使差壓變送器高低端由于真空下充灌硅油等導(dǎo)壓介質(zhì)對(duì)差壓造成的誤差盡可以少，將低壓端的毛細(xì)管做成與高壓端等長(zhǎng)，毛細(xì)管下端封閉。這樣，雙向毛細(xì)管所產(chǎn)生的壓力幾乎相等，產(chǎn)生差壓幾乎為零。這樣設(shè)計(jì)還有另外一個(gè)重要功能，就是，無論充填什么樣的導(dǎo)壓介質(zhì)，都要產(chǎn)生膨脹與收縮，只要有溫度變化，這種變化就有，由于雙向等長(zhǎng)等容，兩個(gè)膜盒幾乎處于同一溫場(chǎng)，這種溫度變化產(chǎn)生的影響可以自動(dòng)抵消，由充填導(dǎo)壓介質(zhì)產(chǎn)生的誤差很小。
由于所用差壓變送器原理，所投入帶壓容器內(nèi)的是不帶電能量的毛細(xì)管膜盒，無附加防爆危險(xiǎn)。
技術(shù)指標(biāo)：如DPS8H-AN 帶壓容器投入式液位變送器。精度優(yōu)可達(dá)：±0.1%F.S；溫度飄移：±0.2%F.S/50℃；適應(yīng)溫區(qū)：-40℃～200℃。對(duì)比試驗(yàn)：DPS8H-AN 液位變送器（0～20kPa）相比較。
實(shí)踐中，除了選用有自動(dòng)平衡壓與溫度補(bǔ)償外，膜盒內(nèi)的容積也“斤斤計(jì)較”。在高真空下，對(duì)導(dǎo)壓液體介質(zhì)進(jìn)行除汽、脫水工藝處理，保證導(dǎo)壓介質(zhì)的物理性質(zhì)；充油時(shí)，對(duì)充入每個(gè)膜盒和毛細(xì)管中充油量進(jìn)行計(jì)量。保證充入每端的油量一致。這就保證了設(shè)計(jì)思想的執(zhí)行。
除了上述充油質(zhì)量的保證外，在膜盒結(jié)構(gòu)上也給予了保證。采用了仿形膜片膜盒，保證了膜片波紋形狀與膜盒基底上的波紋很好地匹配，利于人為計(jì)量控制充油量，對(duì)充油量的可控十分重要。更有利于使用過程中耐沖擊和維護(hù)清理刷洗，膜片可刷洗很重要。如：液位變送器所測(cè)介質(zhì)是低溫介質(zhì)，根據(jù)所充導(dǎo)壓介質(zhì)的體積膨脹系數(shù)，計(jì)算出充足的導(dǎo)壓介質(zhì)容量，以防止在低溫下，由于導(dǎo)壓介質(zhì)收縮，將膜片“抽壓”到膜盒基底上，不能正常感壓，以及給傳感器帶來人為負(fù)壓。高溫使用的液位變送器，在常溫下就要少充導(dǎo)壓介質(zhì)，留出膨脹余地。
結(jié)構(gòu)的密封保證。在現(xiàn)有的投入式液位計(jì)的結(jié)構(gòu)上，普遍采用橡膠環(huán)、墊等來密封傳感器到殼體上；電纜也采用橡膠密封辦法固定。這是不十分可靠的方法。我們大部分采用氬弧焊，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)處采用電子束焊。這樣有效地防止含有鉬元素的不銹鋼，在較長(zhǎng)時(shí)間熔焊時(shí)，鉬元素的析出，影響焊口的耐腐蝕性能。同時(shí)也減少了焊接應(yīng)力。對(duì)于產(chǎn)品的使用壽命十分有益。我們?cè)O(shè)計(jì)的可測(cè)量帶壓容器投入式液位變送器實(shí)現(xiàn)了全部不銹鋼結(jié)構(gòu)，全焊接。因此也很順利獲得了防爆證。
結(jié)論，我們所設(shè)計(jì)的帶壓容器投入式液位變送器，供電24V.DC，輸出4mA.DC～20mA.DC，二線制，精度±0.1%F.S，溫度飄移：±0.2%F.S/60℃；穩(wěn)定性：±0.2%F.S/年；耐靜壓值：≤32MPa；適應(yīng)溫區(qū)：-40℃～200℃；投入部直徑小Ф40mm；也可以是帶有HART 及其它總線的數(shù)字產(chǎn)品。無論從哪方面來說，都是一種適用的技術(shù)產(chǎn)品。
這種產(chǎn)品及設(shè)計(jì)思想，很容易做出投入式密度計(jì)產(chǎn)品，如圖2 所示。密度:ρ=PH, 式中ρ為密度，P 為H 高的被測(cè)介質(zhì)液柱所產(chǎn)生的壓力。
上一條：簡(jiǎn)述浮標(biāo)液位計(jì)應(yīng)用范圍及工作情況說明
下一條：磁翻板液位計(jì)在測(cè)量油田加熱爐水位的堵塞問題應(yīng)對(duì)措施
而實(shí)際的液位必須通過知道密度和重力加速度這兩個(gè)參數(shù)后，通過換算獲得。這樣的換算在工業(yè)領(lǐng)域中通常是通過二次儀表或者PLC進(jìn)行的。缺點(diǎn)表現(xiàn)為：測(cè)量信號(hào)需要換算；無法測(cè)量超過125℃的高溫介質(zhì)溫度；測(cè)量介質(zhì)的密度必須均勻一致。
但目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品都是表壓，不能測(cè)帶壓容器的液位。生產(chǎn)實(shí)際需要，本文設(shè)計(jì)出了能測(cè)量帶壓容器的投入式液位變送器，并且?guī)в幸欢ǖ臏囟茸匝a(bǔ)償功能，解決了生產(chǎn)中的測(cè)量難題。
差壓變送器和差壓雙遠(yuǎn)傳雙法蘭變送器可以測(cè)量帶壓罐內(nèi)的液位。比如：火力發(fā)電廠的汽包液位測(cè)量。使用中，差壓變送器低壓端安裝在與汽包相連補(bǔ)償式平衡容器底部，高壓端安裝在與汽包相連的平衡容器的與汽包正常水位平齊的位置。
如圖1 所示。
圖1 汽包液位測(cè)量簡(jiǎn)圖
但是對(duì)于只有一個(gè)上邊的取壓口的密閉容器或者是半地下罐，用現(xiàn)有的差壓變送器就不行。用浮球式液位計(jì)，對(duì)于高壓和粘稠介質(zhì)，也不行，球會(huì)被壓壞或粘住不動(dòng)；用雷達(dá)和超聲波液位計(jì)，有盲區(qū)，造價(jià)又高。
我們?cè)O(shè)想用差壓原理，將差壓高壓端（H 端）做出充油的毛細(xì)管和受壓膜盒，毛細(xì)管加膜盒長(zhǎng)度為從帶壓容器上的連接器到容器底部；差壓變送器低壓端（L 端）也做一個(gè)膜盒，膜片直徑同高壓端的膜盒。這個(gè)膜盒置于上端的容器內(nèi)，連接器下，也可以置于連接上邊的封閉腔室內(nèi)，封閉腔室與連接器（法蘭）上有差壓傳感器低壓端引壓孔，與被測(cè)容器相連。用以自動(dòng)減去容器內(nèi)壓力。為了使差壓變送器高低端由于真空下充灌硅油等導(dǎo)壓介質(zhì)對(duì)差壓造成的誤差盡可以少，將低壓端的毛細(xì)管做成與高壓端等長(zhǎng)，毛細(xì)管下端封閉。這樣，雙向毛細(xì)管所產(chǎn)生的壓力幾乎相等，產(chǎn)生差壓幾乎為零。這樣設(shè)計(jì)還有另外一個(gè)重要功能，就是，無論充填什么樣的導(dǎo)壓介質(zhì)，都要產(chǎn)生膨脹與收縮，只要有溫度變化，這種變化就有，由于雙向等長(zhǎng)等容，兩個(gè)膜盒幾乎處于同一溫場(chǎng)，這種溫度變化產(chǎn)生的影響可以自動(dòng)抵消，由充填導(dǎo)壓介質(zhì)產(chǎn)生的誤差很小。
由于所用差壓變送器原理，所投入帶壓容器內(nèi)的是不帶電能量的毛細(xì)管膜盒，無附加防爆危險(xiǎn)。
技術(shù)指標(biāo)：如DPS8H-AN 帶壓容器投入式液位變送器。精度優(yōu)可達(dá)：±0.1%F.S；溫度飄移：±0.2%F.S/50℃；適應(yīng)溫區(qū)：-40℃～200℃。對(duì)比試驗(yàn)：DPS8H-AN 液位變送器（0～20kPa）相比較。
實(shí)踐中，除了選用有自動(dòng)平衡壓與溫度補(bǔ)償外，膜盒內(nèi)的容積也“斤斤計(jì)較”。在高真空下，對(duì)導(dǎo)壓液體介質(zhì)進(jìn)行除汽、脫水工藝處理，保證導(dǎo)壓介質(zhì)的物理性質(zhì)；充油時(shí)，對(duì)充入每個(gè)膜盒和毛細(xì)管中充油量進(jìn)行計(jì)量。保證充入每端的油量一致。這就保證了設(shè)計(jì)思想的執(zhí)行。
除了上述充油質(zhì)量的保證外，在膜盒結(jié)構(gòu)上也給予了保證。采用了仿形膜片膜盒，保證了膜片波紋形狀與膜盒基底上的波紋很好地匹配，利于人為計(jì)量控制充油量，對(duì)充油量的可控十分重要。更有利于使用過程中耐沖擊和維護(hù)清理刷洗，膜片可刷洗很重要。如：液位變送器所測(cè)介質(zhì)是低溫介質(zhì)，根據(jù)所充導(dǎo)壓介質(zhì)的體積膨脹系數(shù)，計(jì)算出充足的導(dǎo)壓介質(zhì)容量，以防止在低溫下，由于導(dǎo)壓介質(zhì)收縮，將膜片“抽壓”到膜盒基底上，不能正常感壓，以及給傳感器帶來人為負(fù)壓。高溫使用的液位變送器，在常溫下就要少充導(dǎo)壓介質(zhì)，留出膨脹余地。
結(jié)構(gòu)的密封保證。在現(xiàn)有的投入式液位計(jì)的結(jié)構(gòu)上，普遍采用橡膠環(huán)、墊等來密封傳感器到殼體上；電纜也采用橡膠密封辦法固定。這是不十分可靠的方法。我們大部分采用氬弧焊，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)處采用電子束焊。這樣有效地防止含有鉬元素的不銹鋼，在較長(zhǎng)時(shí)間熔焊時(shí)，鉬元素的析出，影響焊口的耐腐蝕性能。同時(shí)也減少了焊接應(yīng)力。對(duì)于產(chǎn)品的使用壽命十分有益。我們?cè)O(shè)計(jì)的可測(cè)量帶壓容器投入式液位變送器實(shí)現(xiàn)了全部不銹鋼結(jié)構(gòu)，全焊接。因此也很順利獲得了防爆證。
結(jié)論，我們所設(shè)計(jì)的帶壓容器投入式液位變送器，供電24V.DC，輸出4mA.DC～20mA.DC，二線制，精度±0.1%F.S，溫度飄移：±0.2%F.S/60℃；穩(wěn)定性：±0.2%F.S/年；耐靜壓值：≤32MPa；適應(yīng)溫區(qū)：-40℃～200℃；投入部直徑小Ф40mm；也可以是帶有HART 及其它總線的數(shù)字產(chǎn)品。無論從哪方面來說，都是一種適用的技術(shù)產(chǎn)品。
這種產(chǎn)品及設(shè)計(jì)思想，很容易做出投入式密度計(jì)產(chǎn)品，如圖2 所示。密度:ρ=PH, 式中ρ為密度，P 為H 高的被測(cè)介質(zhì)液柱所產(chǎn)生的壓力。
上一條：簡(jiǎn)述浮標(biāo)液位計(jì)應(yīng)用范圍及工作情況說明
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