高精度投入式液位變送器在帶壓容器中應用案例分析

本文概述：
      投入式液位傳感器(又名投入式液位計、液位變送器))是一種通于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，來間接測量液位的壓力傳感器，結構為采用隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉換為電信號，再經過溫度補償和線性修正，轉化成標準4-20mA等類型的電信號。目前被**應用于城市供排水、污水處理、地下水、水庫、河道、海洋等水位監測領域。也適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環保等系統和行業的各種介質的液位測量。其安裝方式非常方便，可以將液位變送器的傳感器部分可直接投入到液體中，變送器部分可用法蘭或支架固定，安裝使用簡單易行。
投入式液位變送器比浮球式、干簧管式、浮球磁致伸縮式、雷達式、超聲波式的明顯優勢。但目前市場上的產品都是表壓，不能測帶壓容器的液位。生產實際需要，本文設計出了能測量帶壓容器的投入式液位變送器，并且帶有一定的溫度自補償功能，解決了生產中的測量難題。 　　
     差壓變送器和差壓雙遠傳雙法蘭變送器可以測量帶壓罐內的液位。比如：火力發電廠的汽包液位測量。使用中，差壓變送器低壓端安裝在與汽包相連補償式平衡容器底部，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。

 
 
　　但是對于只有一個上邊的取壓口的密閉容器或者是半地下罐，用現有的差壓變送器就不行。用浮球式液位計，對于高壓和粘稠介質，也不行，球會被壓壞或粘住不動；用雷達和超聲波液位計，有盲區，造價又高。
　　我們設想用差壓原理，將差壓高壓端（H端）做出充油的毛細管和受壓膜盒，毛細管加膜盒長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）也做一個膜盒，膜片直徑同高壓端的膜盒。這個膜盒置于上端的容器內，連接器下，也可以置于連接上邊的封閉腔室內，封閉腔室與連接器（法蘭）上有差壓傳感器低壓端引壓孔，與被測容器相連。用以自動減去容器內壓力。為了使差壓變送器高低端由于真空下充灌硅油等導壓介質對差壓造成的誤差盡可以少，將低壓端的毛細管做成與高壓端等長，毛細管下端封閉。這樣，雙向毛細管所產生的壓力幾乎相等，產生差壓幾乎為零。這樣設計還有另外一個重要功能，就是，無論充填什么樣的導壓介質，都要產生膨脹與收縮，只要有溫度變化，這種變化就有，由于雙向等長等容，兩個膜盒幾乎處于同一溫場，這種溫度變化產生的影響可以自動抵消，由充填導壓介質產生的誤差很小。
　　由于所用差壓變送器原理，所投入帶壓容器內的是不帶電能量的毛細管膜盒，無附加防爆危險。
　　技術指標：如DPS8H-AN帶壓容器液位變送器。精度優可達：±0.1%F.S；溫度飄移：±0.2%F.S/50℃；適應溫區：-40℃～200℃。
　　對比試驗：DPS8H-AN液位變送器（0～20kPa，0～2m）與DPST-LT單法蘭單遠傳差壓變送器（0～20kPa）相比較。
　　實踐中，除了選用有自動平衡壓與溫度補償外，膜盒內的容積也“斤斤計較”。在高真空下，對導壓液體介質進行除汽、脫水工藝處理，保證導壓介質的物理性質；充油時，對充入每個膜盒和毛細管中充油量進行計量。保證充入每端的油量一致。這就保證了設計思想的執行。
　　除了上述充油質量的保證外，在膜盒結構上也給予了保證。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，利于人為計量控制充油量，對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清理刷洗，膜片可刷洗很重要。如：液位變送器所測介質是低溫介質，根據所充導壓介質的體積膨脹系數，計算出充足的導壓介質容量，以防止在低溫下，由于導壓介質收縮，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壓。高溫使用的液位變送器，在常溫下就要少充導壓介質，留出膨脹余地。
　　結構的密封保證。在現有的投入式液位計的結構上，普遍采用橡膠環、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，關鍵結構處采用電子束焊。這樣有效地防止含有鉬元素的不銹鋼，在較長時間熔焊時，鉬元素的析出，影響焊口的耐腐蝕性能。同時也減少了焊接應力。對于產品的使用壽命十分有益。我們設計的可測量帶壓容器投入式液位變送器實現了全部不銹鋼結構，全焊接。因此也很順利獲得了防爆證。
　　結論，我們所設計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℃；穩定性：±0.2%F.S/年；耐靜壓值：≤32MPa；適應溫區：-40℃～200℃；投入部直徑小Ф40mm；也可以是帶有HART及其它總線的數字產品。無論從哪方面來說，都是一種適用的技術產品。
這種產品及設計思想，很容易做出投入式密度計產品，如圖2所示。



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