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如何提高利用压力变送器测量密度变化介质容器的液位值
 工业自动化生产中对于液位的测量是一项重要的工作,测量液位的仪表有很多种,利用压力变送器测量液位就是其中常见的一种测量方式,一般来说差压液位变送器主要受到压力的影响,但这是基于所测液体介质密度不度的前提。如果所介质的密度产生不稳定的变化,压力变送器中的量程设置并不能随着介质密度变化的随时进行更改,就会导致测量得到的液位值与实际值存在较大的误差,对整个工业控制造成影响。本文结合工作实际,对于如何修正压力变送器测量的液位值,提高测量的精度进行的分析。
       液位测量是工业自动化测量中常见的一种测量方式,常见的测量方式主要有投入式液位计的静压液位测量、浮球液位计、磁翻板液位计、电容式液位传感器、雷达液位计、超声波液位计、气泡法等,各种测量方法都有各自的优缺点,应用领域也根据实际情况区别进行选择,但目的都是为了能够准确的测量被测介质的液位值。利用压力变送器测量液位也是工业测量中常用的一种测量手段,它具有测量精度高、结构简单、维护量小等优点,因此在液位测量中被广泛使用。但这种测量方式也有它的缺点,当测量介质的密度发生变化时,由于压力变送器中的压力量程不可能做到根据被测介质密度的变化随时进行调整和修改,所以测量到的液位值与实际液位值存在较大的误差,特别是测量介质随时变化,但工业决策又对液位测量值精确度要求很高的场合,测量值往往就不能满足工业系统的使用的要求。结合火力发电厂脱硫制浆系统中的浆液箱液位测量的实际情况,对如何利用压力变送器提高密度变化介质容器的液位测量值提出了见解,并应用于实际运行中,效果良好。
压力变送器
一.压力变送器测量液位的工作原理
如图1所示,我公司磨机浆液箱测量液位采用的是磨合式压力变送器,通常采用法兰安装的方式,变送器带安装法兰与罐体上的配对法兰用螺栓连接,通过测量被测点的压力值,根据流体力学的可知P=ρgh,其中ρ为被测介质的密度,g为重力加速度,常数,h为被测介质的液位高度,压力变送器将压力信号转换成4—20mA的直流输出电信号,控制系统通过输出电流值的大小,计算出被测介质的液位值h。
  二.存在的问题
  在对压力变送器的量程进行设定时通常是根据液位变化范围hmin—hmax和被测介质的密度ρ,计算出压力值的范围Pmin—Pmax。通常认为被测介质的密度ρ在整个测量过程中是固定不变的。因此这种测量方式对于被测介质密度不发生变化的工况,测量的液位值精确。但对于湿磨机浆液箱而言,由于要使磨机制备的浆液达到供浆系统的要求,浆液的密度变化是需要有一个过程的,即使是在正常运行时浆液的密度也不是固定不变的。而且磨机浆液箱的液位值需要引用到整个磨机的控制系统中,当磨机浆液箱液位低于液位下限时磨机就要停运,当液位高于液位上限时磨机浆液箱浆液就会出现溢流。在整个浆液制备的过程中浆液密度的变化范围从1.0kg/m3—1.4kg/m3变化。
  例如在设定压力变送器的压力量程时是将密度值设定为ρ定=1.0kg/m3时,如果被测介质的液位变化范围hmin—hmax=1—3m时,压力量程则设定为9.8—29.4KPa,输出设定为4—20mA。如果实际的被测介质实际密度升高到ρ实=1.2kg/m3,液位值为2米时压力变送器测量到的压力值为23.52KPa,压力变送器的输出电流为15.2mA,该电流信号经过控制系统运算后的液位值为2.4m,较实际液位偏高了0.4m,测量误差为20%,超过了控制系统对被测参数的精确度要求。而且被测介质的密度与压力变送器的设定密度之间的偏差值越大,则测量出的液位值与实际液位值值之间的偏差也就越大。
由于浆液密度的变化范围较大,所以造成压力变送器测量的液位值与实际磨机浆液箱的液位值有很大的误差,容易引起磨机控制系统的误动作,所以如何有效的提高液位的测量精确度在磨机控制系统中就显得尤为重要。
  三、解决的办法
  从存在的问题中可以看出,造成测量液位值不准的主要原因是浆液的密度在运行过程中不是固定不变的,是一个随系统运行工况而随时变化的变量,如何将密度这个变量的变化对液位测量所形成的误差加以修正,达到测量液位与实际液位一致的目的。鉴于此,在液位控制单元中引入了密度控制单元,将密度控制单元测量的密度值与压力变送器中设定的密度值对比,计算出由于密度变化而产生的液位差异,并差异通过运算加以消除,确保输出液位值的真实。工作原理见图2。
  通过工作原理图可以看出,在被测介质的罐体增加了密度测量的环节,密度测量也是通过差压变送器测量罐体固定两点之间压差的变化,得出被测介质的实时密度值。压差值ΔP=ρg(h1-h2),其中ρ为被测介质的密度,g为重力加速度,h1-h2为1、2两个测量的高度差。压差变送器也是压力的变化值转化成相应的4—20mA的直流输出,供控制系统使用,计算出被测介质的密度值,在液位计算单元内用实际密度来修正设定密度差异,从而得到与实际液位较为接近的液位值,为控制系统的精确测量提供可靠地数据保障。
比较简单的修正原理为:根据实际测量的被测介质密度ρ实与设定密度ρ定之间的差值Δρ,近似计算出由于Δρ变化所导致的压力变化值ΔP,然后计算出液位变化值Δh。ΔP=Δρgh测,Δh=ΔP/(ρ实g),控制系统输出液位值h=h测-Δh。原理图如图3下:
  四.修正结果
如在存在问题中所举例,加入该环节以后,经过控制系统运算后的液位输出值为h输出=h测-Δh=2.4-0.4=2m,输出液位与测量液位一致,克服了因为被测介质密度变化而导致的输出液位与实际液位存在误差的现象,确保了整个控制系统测量数据的真实性。
  结语
  在使用压力变送器测量被测介质密度变化的液位环境中,通过在加装密度测量环节,在得到实际被测介质密度的条件下,对压力变送器测量的液位值进行修正运算,能够比较准确的得到被测介质的实际液位值。
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