浅析差压变送器的零点迁移

摘要：应用差压变送器测量液面时，如果差压变送器的正、负压室与容器的取压点处在同一水平面上，就不需要迁移。而在实际应用中，出于对设备安装位置和便于维护等方面的考虑，测量仪表不一定都能与取压点在同一水平面上；又如被测介质是强腐蚀性或重粘度的液体，不能直接把介质引入测压仪表，必须安装隔离液罐，用隔离液来传递压力信号，以防被测仪表被腐蚀。这时就要考虑介质和隔离液的液柱对测压仪表读数的影响。为了能够正确指示液位的高度，差压变送器必须做一些技术处理――即迁移。

关键词：变送器 零点迁移 差压变送器

中图分类号：TU746文献标识码： A

一．量程调整和零点迁移

1.量程调整

在实际使用中，由于测量要求或测量条件的变化，需要改变变送器的零点或量程，为此可以对变送器进行零点迁移和量程调整。量程调整的目的是使变送器的输出信号的上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。图1.1为变送器量程调整前后的输入输出特性。

由图可见，量程调整相当于改变变送器输入输出特性的斜率，由特性1到特性2的调整为量程增大调整。反之，由特性2到特性1的调整为量程减小调整。

图1.1 变送器量程调整

对于某一已确定规格的变送器来说，它的最小量程和最大量程是固定了的，相当于变送器从零到满刻度输出范围的最小输入变化量和最大输入变化量。这时，实际使用的量程可在最小和最大量程之间连续可调，但不允许小于最小量程或大于最大量程。

2.零点迁移

在实际测量中，为了正确选择变送器的量程大小，提高测量准确度，常常需要将测量的起点迁移到某一数值(正值或负值)，这就是所谓零点迁移。在未加迁移时，测量起始点为零；当测量的起始点由零变为某一正值时，称为正迁移；反之，当测量的起始点由零变为某一负值时，称为负迁移。零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值ymin与测量信号的下限值xmin相对应。在xmin=0时，为零点调整；在xmin≠0时，为零点迁移

图1.2为变送器零点迁移前后的输入输出特性。由图中可以看出，零点迁移后变送器的输入-输出特性沿x坐标向右或向左平移了一段距离，其斜率并没有改变，即变送器的量程不变。若采用零点迁移，再辅以量程压缩，可以提高仪表的测量精确度和灵敏度。

图1.2变送器零点迁移

零点正、负迁移是指变送器零点的可调范围，但它和零点调整是不一样的。零点调整是在变送器输入信号为零，而输出不为零(下限)时的调整；而零点正、负迁移，是在变送器的输入不为零时，输出调至零(下限)的调整。如果差压变送器的低压引入口有输入压力，高压引入口没有，则将输出调至零(下限)时的调整，称为负迁移；如果差压变送器的高压引入口有输入压力，低压引入口没有，则把输出调至零(下限)的调整，称为正迁移。由于迁移是在变送器有输入时的零点调整，所以迁移量是以能迁移多少输入信号来表示，或是以测量范围的百分之多少来表示。

3.迁移量的确认

由于同一台变送器，其使用范围有大有小，所以迁移量也成了有大有小。大多数厂家生产的变送器，迁移量都是以最大量程的百分数来表示的。例如有的变送器零点正负迁移为最大量程的±100％，这就是说，如果变送器的测量范围为0～31.1kPa至O～186.8kPa，则当变送器高或低压引入口通O～186.8kPa范围内的任意压力时，其零点都可以迁到4mA。不过高压引入口通186.8kPa的压力已经是测量范围上限了，再通就是超压，把零点调成4mA DC不是不可能，但已是没有意义了，所以零点迁移量与使用量程之和不能超过测量范围的限值。即：

式中：为迁移量；为使用量程；为最大量程。这样，如果使用量程为186.8kPa，零点正迁移量便是

即不能迁了。

但若使用量程为62.3kPa，则零点正迁移量便是

对负迁移来说，没有这一限制，因为它是负压引入口压力，所以不管通0～186.8kPa范围内的多大压力，零点迁移量加上使用差压，都不会超过测量范围的限值。

4.需考虑采用零点迁移的测量对象

(1)参数的测量从某一正值开始，这时，变送器采用零点正迁移，迁移量即等于测量的初始值。

(2)被测参数从负值到正值的范围内变化时，这时，变送器采用零点负迁移，迁移量即等于测量的初始值的绝对值。

(3)在开口容器的液位测量中，变送器安装地点比最低液位低时，如图4.1所示，应采用正迁移，正迁移量为。

图4.1 开口容器液位测量

式中： ΔP为差压变送器零点正迁移量，单位是Pa；H为变送器安装零位与最低液位间的距离，单位是m；为液体的密度，单位是kg/m3。

(4)在封闭容器液位的测量中，当容器内外温差较大，气相容易凝结时，应采用平衡容器并对变送器作零点迁移。

二．零点迁移的分类详解

1.无迁移

将差压变送器的正、负压室与容器的取压点安装在同一水平面上，如图2.1所示。

图2.1无迁移原理图

设A点的压力为P-，B点的压力为P+，被测介质的密度为ρ，重力加速度为g，则ΔP= P+- P-=ρgh+ P--P-=ρgh；如果为敞口容器，P-为大气压力，ΔP=P+=ρgh，由此可见，如果差压变送器正压室和取压点相连，负压室通大气，通过测B点的表压力就可知液面的高度。

当液面由h=0变化为h=hmax时，差压变送器所测得的差压由ΔP=0变为ΔP=ρghmax，输出由4mA变为20mA。

假设差压变送器对应液位变化所需要的仪表量程为30kPa，当液面由空液面变为满液面时，所测得的差压由0变为30kPa。

2.负迁移

如图2.2所示，为了防止密闭容器内的液体或气体进入差压变送器的取压室，造成测量管线的堵塞或腐蚀，在差压变送器的正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐，并填充隔离液，其密度为ρ1 。

当H=0时，P+=ρ1gh1 P-=ρ1g(H+h1)

ΔP= P+- P-=-ρ1gH

当H=Hmax时，P+=ρ1gh1 +ρgH P-=ρ1g（H+h1）

ΔP= P+- P-=ρgH-ρ1gH=(ρ-ρ1) gh

当H=0时，ΔP=-ρ1gH，在差压变送器的负压室存在一静压力ρ1gH，使差压变送器的输出小于4mA。当H=Hmax时，ΔP=(ρ-ρ1)gHmax，由于在实际工作中ρ1ρ，所以，在最高液位时，负压室的压力也远大于正压室的压力，使仪表输出仍小于实际液面所对应的仪表输出。这样就破坏了变送器输出与液位之间的正常关系。为了使仪表输出和实际液面相对应，就必须把负压室引压管线这段H液柱产生的静压力ρ1gH消除掉，要想消除这个静压力，就要调校差压变送器,也就是对差压变送器进行负迁移，ρ1gH这个静压力叫做迁移量。

图2.2负迁移原理图

调校差压变送器时，变送器负压室接输入信号，正压室通大气。假设仪表的量程为30kPa，迁移量ρ1gH=30kPa，调校时，负压室加压30kPa，调整差压变送器零点旋钮，使其输出为4mA；之后，负压室不加压，调整差压变送器量程旋钮，直至输出为20mA，中间三点按等刻度校验。输入与输出的关系见表1。

表1

当液面由空液面升至满液面时，变送器差压由ΔP=-30kPa变化至ΔP=0kPa，输出电流值由4mA变为20mA。

3.正迁移

在实际测量中，变送器的安装位置往往与最低液位不在同一水平面上，如图2.3所示。容器为敞口容器，差压变送器的位置比最低液位低h距离，ΔP=P =ρgH+ρgh。

当H=0时，ΔP=ρgh，在差压变送器正压室存在一静压力，使其输出大于4mA。

当H=Hmax时，ΔP=ρgH+ρgh，变送器输出也远大于20mA，因此，也必须把ρgh这段静压力消除掉，这就是正迁移。

图2.3 正迁移原理图

调校时，变送器正压室接输入信号，负压室通大气。假设仪表量程仍为30kPa，迁移量ρgh=30kPa。输入与输出的关系见表2。

表2

如果现场所选用的差压变送器属智能型，能够与HART手操器进行通讯协议，可以直接用手操器对其进行调校。

三．带迁移的差压变送器故障分析

1.正迁移故障

判断正迁移的差压变送器在现场使用过程中测量是否准确，首先应关闭差压变送器三阀组的正、负压测量室，打开平衡阀及仪表放空堵头，此时仪表输出应低于4mA。如果输出不低于4mA，可能是正压室引线或三阀组有些堵。其次，关闭正压室取压点，打开放空开关，这时输出应为4mA。如果输出低于4mA，可能是迁移量变小或零位偏低；若灌有隔离液，可能是隔离液没有灌满或从旁处漏掉；如果输出高于4mA，说明迁移量变大或零位偏高。

2.负迁移故障

判断负迁移的差压变送器在现场使用过程中测量是否准确，首先关闭差压变送器三阀组的正、负压测量室，打开平衡阀及仪表放空堵头，仪表输出应为20mA。其次，关闭正、负压室取压点，打开放空开关，此时，仪表输出应为4mA，如果不为20mA或4mA，应检查正、负压室引线是否堵，迁移量是否改变，零位是否准确，隔离液是否流失等。

四．结语

液位的准确控制是生产装置稳定运行的前提保证，只有掌握了差压变送器测液面迁移的原理，才能在实际应用中灵活运用，及时准确的处理现场仪表出现的故障，以及对控制方案进行改进。