如何通過(guò)壓力變送器測(cè)量密度變化介質(zhì)容器的液位值

液位測(cè)量作為工業(yè)生產(chǎn)中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的最常見(jiàn)的測(cè)量方式，是保證工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化穩(wěn)定進(jìn)行的重要條件之一，液位測(cè)量的一般方式主要包括投入式液位計(jì)的靜壓液位測(cè)量、浮球液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)、電容式液位傳感器、雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、氣泡法等，每一種液位測(cè)量方式和原理都不盡相同，都存在各自優(yōu)缺點(diǎn)，十全十美，勝任一切條件的液位測(cè)量方式是不存在的。用戶在具體使用之前應(yīng)該對(duì)于具體實(shí)際的工況情況進(jìn)行選擇，其追求的最終目標(biāo)則是盡最大可能準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)介質(zhì)的液位值。

利用被測(cè)液體存在的壓力差來(lái)測(cè)量液位值是自動(dòng)化工業(yè)測(cè)量中普遍使用的測(cè)量手段，具有測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，因此在液位測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，我們上面提到任何測(cè)量設(shè)備都不能包測(cè)全部，壓力變送器也不例外，它的缺點(diǎn)是當(dāng)測(cè)量介質(zhì)的密度發(fā)生變化時(shí)，由于壓力變送器中的壓力量程不可能做到根據(jù)被測(cè)介質(zhì)密度的變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和修改，所以測(cè)量到的液位值與實(shí)際液位值存在較大的誤差，特別是測(cè)量介質(zhì)隨時(shí)變化，

因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中有時(shí)侯會(huì)對(duì)液位測(cè)量值精確度有很高的要求，在這樣的測(cè)量場(chǎng)合，我們得到的測(cè)量數(shù)據(jù)就不能滿足工業(yè)系統(tǒng)的使用的要求了。如何在介質(zhì)密度變化的情況下，利用壓力變送器得到一個(gè)準(zhǔn)確的測(cè)量液位，本文結(jié)合結(jié)合火力發(fā)電廠脫硫制漿系統(tǒng)中的漿液箱液位測(cè)量的實(shí)際情況，對(duì)如何利用壓力變送器提高密度變化介質(zhì)容器的液位測(cè)量值提出了見(jiàn)解，通過(guò)合理的方法修正壓力變送器測(cè)量的液位值，提高測(cè)量的精度進(jìn)行的分析，以幫助朋友們解決在實(shí)際工作遇到的此類難題。



一.壓力變送器測(cè)量液位的工作原理
　　如圖1所示，我公司磨機(jī)漿液箱測(cè)量液位采用的是磨合式壓力變送器，通常采用法蘭安裝的方式，變送器帶安裝法蘭與罐體上的配對(duì)法蘭用螺栓連接，通過(guò)測(cè)量被測(cè)點(diǎn)的壓力值，根據(jù)流體力學(xué)的可知P=ρgh，其中ρ為被測(cè)介質(zhì)的密度，g為重力加速度，常數(shù)，h為被測(cè)介質(zhì)的液位高度，壓力變送器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4—20mA的直流輸出電信號(hào)，控制系統(tǒng)通過(guò)輸出電流值的大小，計(jì)算出被測(cè)介質(zhì)的液位值h。
　　
二.存在的問(wèn)題
　　在對(duì)壓力變送器的量程進(jìn)行設(shè)定時(shí)通常是根據(jù)液位變化范圍hmin—hmax和被測(cè)介質(zhì)的密度ρ，計(jì)算出壓力值的范圍Pmin—Pmax。通常認(rèn)為被測(cè)介質(zhì)的密度ρ在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中是固定不變的。因此這種測(cè)量方式對(duì)于被測(cè)介質(zhì)密度不發(fā)生變化的工況，測(cè)量的液位值精確。但對(duì)于濕磨機(jī)漿液箱而言，由于要使磨機(jī)制備的漿液達(dá)到供漿系統(tǒng)的要求，漿液的密度變化是需要有一個(gè)過(guò)程的，即使是在正常運(yùn)行時(shí)漿液的密度也不是固定不變的。而且磨機(jī)漿液箱的液位值需要引用到整個(gè)磨機(jī)的控制系統(tǒng)中，當(dāng)磨機(jī)漿液箱液位低于液位下限時(shí)磨機(jī)就要停運(yùn)，當(dāng)液位高于液位上限時(shí)磨機(jī)漿液箱漿液就會(huì)出現(xiàn)溢流。在整個(gè)漿液制備的過(guò)程中漿液密度的變化范圍從1.0kg/m3—1.4kg/m3變化。
　　例如在設(shè)定壓力變送器的壓力量程時(shí)是將密度值設(shè)定為ρ定=1.0kg/m3時(shí)，如果被測(cè)介質(zhì)的液位變化范圍hmin—hmax=1—3m時(shí)，壓力量程則設(shè)定為9.8—29.4KPa，輸出設(shè)定為4—20mA。如果實(shí)際的被測(cè)介質(zhì)實(shí)際密度升高到ρ實(shí)=1.2kg/m3，液位值為2米時(shí)壓力變送器測(cè)量到的壓力值為23.52KPa，壓力變送器的輸出電流為15.2mA，該電流信號(hào)經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)運(yùn)算后的液位值為2.4m，較實(shí)際液位偏高了0.4m，測(cè)量誤差為20%，超過(guò)了控制系統(tǒng)對(duì)被測(cè)參數(shù)的精確度要求。而且被測(cè)介質(zhì)的密度與壓力變送器的設(shè)定密度之間的偏差值越大，則測(cè)量出的液位值與實(shí)際液位值值之間的偏差也就越大。
　　由于漿液密度的變化范圍較大，所以造成壓力變送器測(cè)量的液位值與實(shí)際磨機(jī)漿液箱的液位值有很大的誤差，容易引起磨機(jī)控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作，所以如何有效的提高液位的測(cè)量精確度在磨機(jī)控制系統(tǒng)中就顯得尤為重要。
　　
三、解決的辦法
　　從存在的問(wèn)題中可以看出，造成測(cè)量液位值不準(zhǔn)的主要原因是漿液的密度在運(yùn)行過(guò)程中不是固定不變的，是一個(gè)隨系統(tǒng)運(yùn)行工況而隨時(shí)變化的變量，如何將密度這個(gè)變量的變化對(duì)液位測(cè)量所形成的誤差加以修正，達(dá)到測(cè)量液位與實(shí)際液位一致的目的。鑒于此，在液位控制單元中引入了密度控制單元，將密度控制單元測(cè)量的密度值與壓力變送器中設(shè)定的密度值對(duì)比，計(jì)算出由于密度變化而產(chǎn)生的液位差異，并差異通過(guò)運(yùn)算加以消除，確保輸出液位值的真實(shí)。
　　通過(guò)工作原理可以看出，在被測(cè)介質(zhì)的罐體增加了密度測(cè)量的環(huán)節(jié)，密度測(cè)量也是通過(guò)差壓變送器測(cè)量罐體固定兩點(diǎn)之間壓差的變化，得出被測(cè)介質(zhì)的實(shí)時(shí)密度值。壓差值ΔP=ρg（h1-h2），其中ρ為被測(cè)介質(zhì)的密度，g為重力加速度，h1-h2為1、2兩個(gè)測(cè)量的高度差。差壓變送器也是壓力的變化值轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的4—20mA的直流輸出，供控制系統(tǒng)使用，計(jì)算出被測(cè)介質(zhì)的密度值，在液位計(jì)算單元內(nèi)用實(shí)際密度來(lái)修正設(shè)定密度差異，從而得到與實(shí)際液位較為接近的液位值，為控制系統(tǒng)的精確測(cè)量提供可靠地?cái)?shù)據(jù)保障。
　　比較簡(jiǎn)單的修正原理為：根據(jù)實(shí)際測(cè)量的被測(cè)介質(zhì)密度ρ實(shí)與設(shè)定密度ρ定之間的差值Δρ，近似計(jì)算出由于Δρ變化所導(dǎo)致的壓力變化值ΔP，然后計(jì)算出液位變化值Δh。ΔP=Δρgh測(cè)，Δh=ΔP/（ρ實(shí)g），控制系統(tǒng)輸出液位值h=h測(cè)-Δh。原理圖如圖3下：
　　
四.修正結(jié)果
　　如在存在問(wèn)題中所舉例，加入該環(huán)節(jié)以后，經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)運(yùn)算后的液位輸出值為h輸出=h測(cè)-Δh=2.4-0.4=2m，輸出液位與測(cè)量液位一致，克服了因?yàn)楸粶y(cè)介質(zhì)密度變化而導(dǎo)致的輸出液位與實(shí)際液位存在誤差的現(xiàn)象，確保了整個(gè)控制系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
　　
五、結(jié)語(yǔ)
在使用壓力變送器測(cè)量被測(cè)介質(zhì)密度變化的液位環(huán)境中，通過(guò)在加裝密度測(cè)量環(huán)節(jié)，在得到實(shí)際被測(cè)介質(zhì)密度的條件下，對(duì)壓力變送器測(cè)量的液位值進(jìn)行修正運(yùn)算，能夠比較準(zhǔn)確的得到被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際液位值。