差壓變送器結構原理及在自動化生產控制系統的應用分析

 
化工、石油、鋼鐵、電力、輕工等行業的壓力測量及現場控制**應用自動化儀表，是電子工程自動化控制下的單獨**門類。其中壓力、差壓變送器作為控制系統的檢測變換部分，將氣體、蒸汽、液體的液位、流量和差壓等工藝參數轉換為DC4mA~20mA 電流標準信號，作為調節器、顯示儀表或PLC模塊的輸入信號，進一步實現自動控制和連續檢測。在工業自動化控制系統中，過程**壓力、差壓、參數壓力、流量等工藝參數均要予以嚴格控制。差壓變送器作為工業過程中重要的基礎自動化設備之一，對工程參數控制精度要求也越來越嚴，同時還要具備能準確傳送過程中參數、使用簡單和抗干擾能力強等功能，因此具有很好的市場前景。本文則以差壓變送器原理為切入點，詳細分析了差壓變送器在自動化系統中的應用，以供參考。
 
　　1 差壓變送器結構原理
差壓變送器是測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個輸入壓力接口，同時也會將其分為正壓端和負壓端，只有當其中正壓端的壓力大于負壓端壓力后才能對其進行測量。差壓變送器原理為變送器傳感器雙側隔離膜片會直接接受來自雙側導壓管的差壓，之后經膜片內的密封液傳導至測量元件上并將所測得的差壓信號轉換為與其對應的電信號，后傳遞給轉換器后經放大處理為標準電信號輸出。（具體如圖1所示）檢測前，高、低壓室壓力平衡，P1=P2；按結構要求，組成兩可變電容的固定弧形極板和檢測膜片對稱，極間距相等：C1=C2。
 
當被測壓力P1和P2分別由導壓管進入高、低壓室時，由于P1>P2，隔離膜片中心將發生位移，壓迫電解質使高壓側容積變小。當電解質為不可壓縮體時，其容積變化址將引起檢測膜片中心向低壓側位移，此位移址和隔離膜片中心位移M扣等。根據電工學，當組成電容的兩極板極間距發生變化時，其電容量也將發生變化，即從C1=C2變為C1不等于C2。未發生位移時，I1=I2；發生位移后，由于相對極間距發生變化，各極板上的積聚電荷量也發生變化，形成電荷位移，此時反映出I1不等于I2，兩者之間將產生電流差，若檢測出其值大小以及和壓差的關系，即可求取流量。

　
 
　　2 差壓變送器在工業自動化儀表中的應用
　　2.1 液位測量
　　2.1.1 靜壓液位計
　　一般容器中裝有固定物料或液體時，受重力作用，這些液體和物料會對容器側壁或底部產生相應的靜壓力。此靜壓力會在液體或物料的密度均勻狀態與液體的高度成正比，可準確測出容器底部的靜壓力，進而得知液位高度。測量容器液位的靜壓液位計，主要分為兩大類：（1）用于測量閉口容器液位的差壓式液位計，對閉口容器液位進行測量時可應用靜壓式液位計，變送器的示值與液位上面的氣相壓力有關，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液位變化的雙重影響，需采用差壓式液位計測量消除氣相壓力的影響。
　　（2）用于測量開口容器液位的壓力式液位計。
　　2.1.2 雙室平衡容器差壓液位計雙室平衡容器多測量工業鍋爐的汽包水位，由于汽鍋內壓力大、溫度高，一旦不采取特殊裝置，無法恒定兩引壓導管內的溫度。而實際上，雙室平衡容器是一個水位一差壓的轉換裝置，它借用連通器原理將汽包水位轉換為兩個容室中的壓力差并借此壓力差對汽包水位進行測量。
　　2.2 流量測量
　　2.2.1 測速管流量計測速管流量計的傳感原件為測速管，流量計通過測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、低壓室檢測測速管的全壓和靜壓。孔板流量計和測速管流量計相同，都通過差壓變送器的輸出直接反映流體的流量。然而孔板流量計和測速管流量計的測量原理是不同的，雖然他們都是速度式儀表。測速管的流體流量是測管道上某一點或某幾點的平均流速，而孔板的流體流量為測管道截面積上的平均流速，因此測速管流量計的流體分布其規律要大于孔板，利于提高測量準確率。
　　2.2.2 節流式流量計
　　和節流裝置配合是差壓變送器用得**的，它能測量各種流體的流量，主要包括三部分：引壓裝置、節流元件、上下游連接的直管。節流元件中有噴嘴、孔板和文丘利管，是該原件基本的配件。測量流量的儀表在工業生產過程中有很多類，然而所占的比例大和應用**的則是差壓式流量計，不怕振動、可靠、結構簡單、能耐高低溫和其他惡劣條件等優點，使它收到眾多好評。
　　2.2.3 內藏孔板流量計
內藏孔板流量計在差壓變送器的檢測部件內部設計節流元件，該變送器主要用來測量微小流量。這種儀表適用于測量∅50以下管道的流體流量，是差壓類流量計中的一種。在變送器內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，安裝特別簡單。差壓變送器穩定性好、精度高，屬于成熟儀表類型。再加上它和小口徑節流裝置設計至一體，無可動部件，結構牢固簡單，可測量氣體、液體、蒸汽。
 
　　3 差壓變送器應用注意事項
　　3.1 差壓變送器在使用前必須對其測量范圍、零點漂移量、精度、靜壓誤差等進行復校。
　　3.2 開啟和停用時，應避免儀表承受單向靜壓。
　　為了避免使用時單向受壓，每臺差壓變送器應附帶一套三閥組件，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在開表和停表時用以保護差壓變送器和便于調零位。在開啟差壓變送器時，應先開平衡閥2，然后再打開閥1和閥3，當閥1和閥3全開后，再關閉閥2。在停用差壓變送器時，也應先打開平衡閥2，然后再分別關閉閥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 防止振蕩發生
差壓變送器會在阻力不相等時會突出微分器的特性。一般流量輸送管道的主要傳輸方式為泵或壓氣機，上述兩種自身就有規則的脈動現象和管道中流體的擴張、收縮問題，從而使傳輸過程中出現振蕩。對此，管道流量測量的取樣點位置有嚴格要求，必須在有足夠長度的直管段上，以求取得流體介質的平穩流速，取樣點的上游直管段要大于下游直管段，具體要求數值由設計標定；另外，可在測量管線上放置0.5~1.5孔徑的墊子來增加阻力，起到減少流量管線脈動影響。
 
　　結語
　　綜上所述，近年來，隨著壓力測量和控制在工業生產中的普遍應用，相應的帶動了部分自動化技術。尤其壓力變送器為適應工業控制、醫學測試及航空工業等方面的要求，逐漸往高精度化、智能化、集成化的方向發展。自動化儀表作為電氣工程自動化控制下的特殊及重要門類，是采集信息的關鍵部分，可將氣體、液體或蒸汽壓力、液位及流量等工藝參數轉化統一的標準信號，實現各設備間的信息交換及共享，從而高效完成電氣工程監控和協調任務，確保其安全運行。


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