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差压变送器在监测系统中的应用及故障处理 变送器是如何工作的

时间:2020-07-08    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

差压变送器是一种将压力差转换成直流标准信号的远传压力测量仪器,广泛应用于工业生产和科学研究,是获取、处理、传送各种信息的硬件。随着企业自动化水平的不断提高,其应用范围越来越广泛,生产中遇到的问题也越来越多。根据作者现场多年的实际经验,要想正确的安装、使用、维护差压传感器,必须了解其工作原理,明确其如何进行数据采集以及常见故障处理方法。

  1、工作原理与监测系统

  1.1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。

  1.2监测系统

  通过引压装置,将压力信号引入差压变送器,差压变送器将信号转换为0~5V或4mA~20mA的电信号输出,由A/D转换模块采集转换为数字信号输出。A/D转换模块采用北京鼎升力创R8017,R8017输出的数字信号由数据通讯模块R8520转换为计算机可以识别的信号并输入计算机,具体硬件结构如图1所示。

  R8017是8通道的模拟量采集模块,其输入为0~5V直流电压或4mA~20mA直流电流信号。R8520模块为RS232/RS485转换模块和计算机的连线采用9针数据线、串口通信。设定各模块的地址,读出各模块每个通道的数据,并由计算机软件处理,得到监测数据。

  2、故障处理

  差压变送器在测量过程中常会出现一些故障,故障的及时判定分析和处理对正在投用设备是至关重要的。一定程度上影响生产的正常进行,甚至危及生产安全。根据作者现场多年的实践经验,总结归纳了一些常见故障判定分析和解决方法。

  2.1线路故障

  当计算机显示数值不正常时,首先要打开差压变送器的接线盒,检查线路是否虚接、短接或者断接,可以通过测电源、量电阻、摇绝缘等方法,进行故障的判断和处理。

  2.2采集模块或差压传感器故障

  当线路故障排除时,就要看是不是采集模块或差压传感器故障。使用万用表检查差压变送器工作电源是否正常,同时测量差压变送器的输出电流值是否在4mA~20mA(如果为输出电压值,测量是否在0~5V)范围内,确认输出值是否正常。如果无输出值,差压变送器损坏,需要更换差压变变送器。如果现场测量值换算与实际经验值相符,则现场仪表和测点无问题,模块损坏,需更换模块。当现场测量值换算与计算机显示值相同,说明引压管或差压变送器有问题。

  2.3引压管故障

  (1)引压管堵塞

  在实际生产使用维护中,由于排放不及时或介质脏、粘或者带颗粒、粉末等原因,时间久了,有的还会固化,引起引压管堵塞,使测量无法正常进行。因此,为保证变送器正常运行,要定期对引压管设法疏通。

  (2)引压管漏气

  由于差压变送器接点、截止阀等附件比较多,导致泄漏点增多,维护工作量增大。因此,要合理做好引压管的防腐蚀而减少引压管出现沙眼;引压管的接口处螺丝要上紧以防松动。

  (3)引压管积液

  由于气体流量取压方式不对或引压管安装不符合要求,常常造成引压管内部积存液体的现象。这种现象的出现,往往会致使测量不准,如果在变送器量程很小的情况下,甚至会造成变送器输出的一些波动。有文献指出引压管的正确安装应该是与水平不小于1:12的斜度连续下降,测量点与安装点之间存在高度差,取压点应与被测设备壁垂直。为了使测量更准确,可以设置若干测压头,所有测压头连接在一起成为一条均压管,再通过引压管引出,在均压管的低处安置有放水阀。

  另外,在现场实际生产使用过程中,还会出现引压管伴热、引压管接反等问题。

  2.4变频干扰

  在现场安装布线过程中,各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电缆,信号会受到干扰,特别是信号线与动力线同走一个长的管道中干扰尤甚。在这种情况下,差压变送器就会出现现场不通讯,甚至误指示等现象。因此,在安装的过程中就要避免类似误操作的发生,应增大仪表电缆与动力电缆槽架的距离。

  2.5电信号传输故障

  由于安装、使用、维护人员的水平存在一定的差异,为了节省人力、物力、财力或者考虑其他因素,往往把差压变送器放置在被测设备的附近,造成电信号传输距离过远,使得电信号存在干扰和衰减的现象。因此,就需要适当地增加电缆线的截面积来解决这一问题。

  3、结束语

  以上探讨了差压变送器的工作原理和参数监测系统,分析了在生产过程中的常见故障。现场安装、维护、使用人员只有掌握以上知识,才能从根源上杜绝故障的发生,提高维护质量。



    差压变送器压力变送器中的一种,是通过压力差的方式测量显示出来,同时可以利用压力差测量液位,并4-20mA信号输出的一种变送器。


    技术参数:


    测量原理:离子流(界限电流);


    显示方式:64×48点阵OLED;


    测量范围:0 ~ 10/100/1000ppm O2;


    测量精度:0 ~ 1000ppm ≤±1%FS,0 ~ 100ppm ≤±2%FS,0 ~ 10ppm ≤±5%FS;


    分 辨 率:0.1ppm;


    重 复 性:≤±1%FS;


    响应时间:T90≤15S;


    模拟输出:4-20mA.DC(非隔离输出,负载电阻小于500欧姆);


    其它接口:RS485;


    供电电源:DC18 ~ 36V/500mA;


    环境温度:-10 ~ +60℃;


    环境湿度:<80%RH;


    样气温度:-10 ~ +50℃;


    采样方式:插入式(自由扩散);


    工作压力:90 ~ 500kPa,稳压气氛;


    背景气体:N2及惰性气体;


    使用寿命:>60月(正常使用条件下);


    特点:


    外形小巧美观,外壳为全不锈钢;


    KF40法兰安装,安装方便;


    响应速度快,测量精度高、校准周期长;


    传感器具有不通电不消耗寿命,变送器内置传感器自动保护功能,当样气浓度过高时自动停机;


    高精度的温度和压力自动补偿系统,消除环境温度及压力对测量精度带来的误差;


    自带显示功能,用户使用直观方便;


    仪表既能测试氮气中的微量氧,也能测试氩气中的微量氧。


    应用场合:手套箱专用,亦可用空分、保护气氛炉等氧气与氮气及惰性气体的混合气氛中微量氧的在线分析。





差压变送器的常见故障处理

    差压变送器工作原理和结构,建立差压变送器故障数学模型,分析膜片故障对控制回路的影响,结合实际生产经验,总结3种不同故障情况下的处理方法。

    通过理论与实际的结合,能更好地处理故障,减少差压变送器故障所带来的经济损失。

    差压控制系统是化工生产中常用的自动化控制系统的重要组成部分,在智能化生产中将有更广泛的应用;

    如果差压控制系统发生故障,会导致测量不准确、对生产工艺和质量造成重大的影响,差压控制系统的故障分析和处理显得尤为重要。

    差压控制系统的故障根据发生的部分可分为调节阀故障、控制器故障、变送器故障等,其中常见的是变送器故障。

    变送器影响整个控制系统的性能,如果发生故障,会极大的影响生产安全。目前电容式差压变送器由于其结构简单,精度高、易于维护而得到了广泛的应用。

    电容式差压变送器通过将检测的液位、压力等数据转换为电流信号,测量的关键点是可动的膜片测量元件,膜片发生的故障较为常见。

    1差压变送器原理

    差压变送器可分为单腔式和双腔室差压测量,单压测量变送器的膜片受到压力后,膜片的形变导致膜片的电阻产生变化,电阻的变倾过放大单元和转换单元进行输出’输出的信号与压力值可以成相应的对应关系。

 

    如果膜片发生故障引起变送器发生故障,整个反馈的回路就会出现信息传送错误,导致差压控制系统瘫痪。

    2差压变送器故障模型

    当差压变送器膜片发生故障时,电容受到影响,建立膜片与变送器输出之间的关系,得到膜片与电容之间的变化关系。

    差压变送器膜片与极板之间的电容示意图如图2A所示。

 

    差压变送器的电流与差压成正比,与膜片的弹性模量成反比,差压变送器通常会出现故障的情况是在变送器工作时间较长时,差压不变而电流随着弹性模量的增加而减小,或者膜片的弹性膜片增加,而膜片输出电流为0。

    3膜片故障对控制回路的影响

    当变送器工作时间较长,膜片的弹性模量会发生变化,弹性模量的增加,故障程度系数越小,膜片的故障情况越严重,故障程度系数越大利用Matlab平台建立了控制回路系统的仿真平台;

    变送器在正常工作时,输出电流与跟踪信号是呈线性关系,输出过程呈稳定平衡状态;

    如果故障程度系数发生变化,变送器输出会随着电流的增加而增加,而经过一定时间后,变送器的输出逐渐减小,最后变为0,而过程对象的值一直增加到最大值。

    差压变送器膜片与极板间电容变化

    4故障处理

    4.1差压变送器显示压力值偏高故障

    在生产过程中工艺操作人员发现集中控制系统中的压力显示值比现场显示偏高,仪表维护人员到现场检查;

    发现差压变送器液晶显示值与压力表显示值一致,现场测试DCS的显示值,发现该显示值也为正常值,通过检测仪器检测发现变送器输送的电流值与实际输出的电流较低,判断故障发生点为电路板故障。

    在更换电路板后,集中控制系统的显示值与现场的显示值一致。

    4.2压力值偏低故障

    集中控制系统操作人员发现压力变送器显示值偏低,到现场发现压力变送器显示与集中控制系统的显示值一致,故障点可能是现场仪表出现问题;

    出现上面的情况的原因有引压管线里含有液体,或者是变送器的刻度零点发生偏移。

    在现场对引压线进行排液,发现有少量液体排出,液体排出后,现场与集中控制系统显示基本一致。

    4.3无压力值显示故障

    集中控制系统操作人员发现某压力值无显示,仪表人员检查压力控制回路传输的信号值较低,测量回路出现故障,现场检査集中控制系统的接线端,发现端子排一个保险端子灯报警显示,更换保险后,压力显示正常。

    对现场接线进行接地测量,发现负端接线存在接地现象,检査分支电缆线路,发现接线箱接口线路存在裂口,对线路进行更换处理,压力值能稳定显示。

    5结语

    对差压变送器的工作原理和结构进行了简述,建立了差压变送器故障数学模型,并对膜片故障对控制回路的影响进行分析,结合实际生产经验,总结介绍了3种不同故障情况下的处理方法,通过对理论与实际的结合,才能更好的对故障进行处理。

    并在生产工作中要加强对差压变送器的运行倩况进行记录,根据故障发生的不同情况进行排查处理,建立差压变送器的维护工作机制;

    规范操作人员的工作流程,合理的布置检修维护方案,加强生产现场的巡检,减少差压变送器故障所带来的经济损失。

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