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差压变送器在应用中的故障诊断与分析 变送器维修保养

时间:2020-06-02    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
  1、引言
  
  在工业自动化生产中,差压变送器用于压力压差流量的测量,得到了非常广泛应用,在自动控制系统中发挥重要的作用。随着石化、钢铁、造纸、食品、医药企业自动化水平的不断提高差压变送器的应用范围越来越广泛,生产中遇到的问题也越来越多,加之安装、使用、维护人员的水平差异,使得出现的问题不能迅速解决,一定程度上影响了生产的正常进行,甚至危及生产安全,因此对现场仪表维护人员的技术水平提出了更高要求。
  
  2.1差压变送器工作原理
  
  来自双侧导压管的差压直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上,通过膜片内的密封液传导至测量元件上,测量元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器,经过放大等处理变为标准电信号输出。差压变送器的几种应用测量方式:
  
  (1)与节流元件相结合,利用节流元件的前后产生的差压值测量液体流量。
  
  (2)利用液体自身重力产生的压力差,测量液体的高度。
  
  (3)直接测量不同管道、罐体液体的压力差值。
  
  差压变送器的安装包括导压管的敷设、电气信号电缆的敷设、差压变送器的安装。
  
  2.2差压变送器故障诊断
  
  变送器在测量过程中,常常会出现一些故障,故障的及时判定分析和处理,对正在进行了生产来说是至关重要的。我们根据日常维护中的经验,总结归纳了一些判定分析方法和分析流程。
  
  (1)调查法:回顾故障发生前的打火、冒烟、异味、供电变化、雷击、潮湿、误操作、误维修。
  
  (2)直观法:观察回路的外部损伤、导压管的泄漏,回路的过热,供电开关状态等。
  
  (3)检测法:
  
  断路检测:将怀疑有故障的部分与其它部分分开来,查看故障是否消失,如果消失,则确定故障所在,否则可进行下一步查找,如:智能差压变送器不能正常Hart远程通讯,可将电源从仪表本体上断开,用现场另加电源的方法为变送器通电进行通讯,以查看是否电缆是否叠加约2kHz的电磁信号而干扰通讯。
  
  短路检测:在保证安全的情况下,将相关部分回路直接短接,如:差变送器输出值偏小,可将导压管断开,从一次取压阀外直接将差压信号直接引到差压变送器双侧,观察变送器输出,以判断导压管路的堵、漏的连通性。
  
  替换检测:将怀疑有故障的部分更换,判断故障部位。如:怀疑变送器电路板发生故障,可临时更换一块,以确定原因。
  
  分部检测:将测量回路分割成几个部分,如:供电电源、信号输出、信号变送、信号检测,按分部分检查,由简至繁,由表及里,缩小范围,找出故障位置。
  
  3、典型故障案例
  
  3.1导压管堵塞
  
  以正导压管堵塞为例来分析导压管堵塞出现的故障现象。在仪表维护中,由于差压变送器导压管排放不及时,或介质脏、粘等原因,容易发生正负导压管堵塞现象,其表现特征为:变送器输出下降、上升或不变。当流量增加时,对变送器(变送器本身进行输出信号开方)输出的影响:
  
  设原流量为F1,P1=P1+-P1-,F’1=K,F’1为变化前的变送器输出值,
  
  设增加后的流量为F2,(即:F2F1),P2=P2+-P2-,F’2=K,F’2为流量增加后的变送器输出值。由于正压管堵塞,则当实际流量分别为F1、F2时,P1+=P2+;当流量增加时,P2-出现如下变化:因为实际流量增加为F2,则与原流量F1时相比,管道内的静压力也相应增加,设增加值为P0,同时P2-因管道中流体流速的增加而产生的静压减小,减小值为P0?,此时P2-与P1-的关系为:
  
  P2-=P1-+P0-P0?
  
  则:P2=P2+-P2-=P1+-(P1-+P0-P0?)=P1+(P0?-P0)
  
  则:F’现=K=K
  
  ∴当P0=P0?时则:F’2=K=KF’2=F’1变送器输出不变。
  
  当P0P0?时则:F’2=K=KF’2F’1变送器输出变大。
  
  当P0F’1变送器输出变小。
  
  当流量减小时,对变送器(变送器本身进行输出信号开方)输出的影响。
  
  设原流量为F1,P1=P1+-P1-,F’1=K,F’1为变化前的变送器输出值。
  
  设减小后的流量为F2,(即:F2F1),P2=P2+-P2-,F’2=K,F’2为流量减小后的变送器输出值。
  
  由于正压管堵塞,则当实际流量分别为F1、F1时,P1+=P2+;当实际流量由F1减小到F2时,管道中的静压也相应的降低,设降低值为P0;同时,当实际流量下降至F2时,P2-值也要因为管内流体流速的降低而升高,设升高值为P0’。
  
  此时,P2-与P1-的关系为:-
  
  P2-=P1--P0+P0’
  
  P2=P2+-P2-=P1+-(P1--P0+P0’)=P1+(P0-P0’)
  
  F’2=K=K
  
  ∴当P0=P0?时则:F’2=K=KF’2=F’2变送器输出不变;
  
  当P0P0?时则:F’2=K=KF’2F’1变送器输出变大;
  
  当P0
  
  一般情况下,导压管的堵原因主要是由于测量导压管不定期排污或测量介质粘稠、带颗粒物等原因造成。
  
  3.2导压管泄漏
  
  以正导压管泄漏来分析导压管泄漏出现的故障现象。如图1所示,莱钢集团公司某加热炉仪表控制阀用净化风总管线的流量测量方式为:节流孔板+差压变送器。装置生产正常时的用风流量基本是稳定的,但在后期的生产过程中发现用风流量比正常值下降了很多。
  
  经过检查,二次仪表(DCS)组态及电信号回路工作正常,变送器送检定室标定正常,于是怀疑问题出现出导压上,经过检查,由于正导压管焊接不好造成泄漏所至,经过补焊堵漏后,流量测量恢复正常。

温度变送器故障分析及处理办法

    温度变送器应用的非常广泛,因为使用环境、现场、以及配套的仪表的千差万别,工程师、技术员或者维修人员在使用过程中遇到过各种各样的问题。在此,简要地分析一下几个主要的引起温度变送器故障的原因。

    1、温度传感器引起的故障

    这是常见的也是好判断的故障。在使用过程中,一旦出现温度变送器输出异常,首先检查温度传感器是否出现故障。在温度变送器电路正常的情况下,有以下几种情况。

    (1)温度传感器断路。温度变送器都有温度传感器熔断报警功能,此时无论变送器前端接的是热电阻还是热电偶,都会表现为变送器输出值小于标准信号即小于4mA。目前标准的熔断报警电流是3.75mA,当测试温度变送器输出时,万用表显示的电流值为3.75mA,同时变送器模块的红灯闪烁,即可判定温度传感器断路,更换前端的探头即可解决。

    有的客户因为上位仪表的差异,对熔断报警电流有特殊要求的,厂家是可以定制的,比如要求熔断报警电流小于3mA的,在保证精度的情况下可以做到2.95mA,甚至更低。

    (2)温度传感器短路。此时温度变送器输出的数值一般没有规律,是个异常值,可以理解成软件中的“乱码”。事实上由于温度传感器短路的原因,经过恒流源激励后流入单片机的电压有可能是个异常的电压值,再经过系列的AD转换、放大、DA转换,最终输出的就是一个非正常的数值。如果前端电路处理得好,温度变送器模块不会损坏,处理不好的电路就会损坏模块。

    (3)温度传感器“虚断虚短”。这种情况一般是温度变送器时而正常,时而不正常。大多数原因属于温度传感器封装质量的问题,更换探头即可解决。

    2、供电电源引起的故障

    正常的温度变送器供电范围是9~30VDC,或者8.5~30VDC,客户现场使用较多的是12VDC、24VDC直流开关电源。一般情况下,电源不会对温度变送器造成损坏。如果电源出现问题,就很有可能损坏温度变送器。

    (1)供电电压偏低。温度变送器供电电路的设计一般情况是留有余量的,如果低于标准供电电压2~3VDC(当然,低功耗的温度变送器根据不同的输出,可以做到5VDC供电,甚至3.3VDC供电),在确保温度变送器正常功耗的情况下,温度变送器是可以正常工作的。即使不能满足温度变送器正常工作所需的功耗,温度变送器只是不会正常工作,也不会损坏。

    (2)供电电压偏高。一般情况下,电圧不能超过32VDC,超过基本会损坏温度变送器。即使侥幸电源电路中没有元件烧毁,也会降低其使用寿命。

    (3)共用电源的问题。在系统中,多数设备共用同一电源的现象非常普遍。一般情况下,同一功耗量级的设备基本会相安无事,就怕系统中有大功率的设备或者不断起停的设备,轻则会造成电荷堆积引起干扰,重则会产生浪涌。因此,工程师在设计电路时,具体分析下所用的设备和仪器仪表,将不同类型的设备、仪器仪表分开供电,做到互不干扰、互不影响。

    3、浪涌的灾难

    浪涌是损坏温度变送器的常见的黑手。浪涌的定义如下。浪涌也叫突波,顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲,浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有:重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量,以保护连接设备免于受损。

    看完上述定义,浪涌的杀伤力我就不用细说了,估计您应该觉得损坏温度变送器也是正常的吧!如果您的系统或者设备中有上述情况存在,不仅要选用隔离型的温度变送器,而且要做好各种接地、绝缘、屏蔽、保护电路等保护措施。因为除了温度变送器,系统中的其他设备也可能在浪涌的灾难下不能幸免于难。

    4、电磁干扰的麻烦

    大的电机、大型机械、反应釜、电力设备、传输线路、无线电、甚至偶然经过的大型设备等能够产生电磁场的,基本都会有电磁波的传导或者辐射,电磁干扰种类繁多,没办法尽述。因此,有经验的工程师或者技术员在现场就要仔细分析自己现场环境,采取必须的措施。在设计之初,就把电磁干扰作为防范的重点,做到防患于未然,努力减少后续使用过程中的麻烦。

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温度变送器热惰性引入的误差

  在安装时,温度变送器绝缘变差而引入的误差如热电偶绝缘了,保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良,在高温下更为严重,这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰,由此引起的误差有时可达上百度。  温度变送器热惰性引入的误差  由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化,在进行快速测量时这种影响尤为突出,因此应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。  在测温环境许可时,甚至可将保护管取去。  由于存在测量滞后,用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。  为了准确的测量温度,应当选择时间常数小的热电偶,时间常数与传热系数成反比,与热电偶热端的直径、材料的密度及比热成正比,如要减小时间常数,除增加传热系数以外,比较有效的办法是尽量减小热端的尺寸。  温度变送器在使用中,通常采用导热性能好的材料,管壁薄、内径小的保护套管,在较精密的温度测量中,使用无保护套管的裸丝热电偶,应及时校正及更换。

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