如何提高利用壓力變送器測量密度變化介質(zhì)容器
液位測量是工業(yè)自動化測量中ZUI常見的一種測量方式,常見的測量方式主要有投入式液位計(jì)的靜壓液位測量、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,各種測量方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)用領(lǐng)域也根據(jù)實(shí)際情況區(qū)別進(jìn)行選擇,但目的都是為了能夠準(zhǔn)確的測量被測介質(zhì)的液位值。利用壓力變送器測量液位也是工業(yè)測量中常用的一種測量手段,它具有測量精度高結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn),因此在液位測量中被廣泛使用。但這種測量方式也有它的缺點(diǎn),當(dāng)測量介質(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)被測介質(zhì)密度的變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和修改,所以測量到的液位值與實(shí)際液位值存在較大的誤差,特別是測量介質(zhì)隨時(shí)變化,但工業(yè)決策又對液位測量值***度要求很高的場合,測量值往往就不能滿足工業(yè)系統(tǒng)的使用的要求。結(jié)合火力發(fā)電廠脫硫制漿系統(tǒng)中的漿液箱液位汎量的買際情況,對如何利用壓力變送器提高密度變化介質(zhì)容器的液位測量值提出了見解,并應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)行中,效果良好。
一、壓力變送器測量液位的工作原理
公司磨機(jī)漿液箱測量液位采用的是磨合式壓力変送器,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法蘭用螺栓連接,通過測量被測點(diǎn)的壓力值,根據(jù)流體力學(xué)的可知P=ρgh,其中ρ為被測介質(zhì)的密度g為重力加速度,常數(shù),h為被測介質(zhì)的液位高度,壓力變送器將壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的直流輸出電信號,控制系統(tǒng)通過輸出電流值的大小,計(jì)算出被測介質(zhì)的液位值h。
二.存在的問題
在對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)為被測介質(zhì)的密度ρ在整個(gè)測量過程中是固定不變的。因此這種測量方式對于被測介質(zhì)密度不發(fā)生變化的工況,測量的液位值***。但對于濕磨機(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磨機(jī)就要停運(yùn),當(dāng)液位高于液位上磨機(jī)漿液箱漿液就會出現(xiàn)溢流。在整個(gè)漿液制備的過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,該電流信號經(jīng)過控制系統(tǒng)運(yùn)算后的液位值為2.4m,較實(shí)際液位偏高了0.4m,測量誤差為20%,超過了控制系統(tǒng)對被測參數(shù)的***度要求。而且被測介質(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)的誤動作,所以如何有效的提高液位的測量***度在磨機(jī)控制系統(tǒng)中就顯得尤為重要。
三、解決的辦法
從存在的問題中可以看出,造成測量液位值不準(zhǔn)的主要原因是漿液的密度在運(yùn)行過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)變量的變化對液位測量所形成的誤差加以修正,達(dá)到測量液位與實(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,將密度控制單元測量的密度值與壓力變送器中設(shè)定的密度值對比,計(jì)算出由于密度變化而產(chǎn)生的液位差異,并差異通過運(yùn)算加以消除,確保輸出液位值的真實(shí)。
通過工作原理圖可以看出,在被測介質(zhì)的罐體増加了密度測量的環(huán)節(jié),密度測量也是通過差壓變送器測量罐體固定兩點(diǎn)之間壓差的變化,得出被測介質(zhì)的實(shí)時(shí)密度值。壓差值△P=ρg(h1-h2),其中p為被測介質(zhì)的密度,g為重力加速度,h1-h2為1、2兩個(gè)測量的高度差。壓差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)算出被測介質(zhì)的密度值,在液位計(jì)算單元內(nèi)用實(shí)際
密度來修正設(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***測量提供可靠地?cái)?shù)據(jù)保障。
比較簡單的修正原理為:根據(jù)實(shí)際測量的被測介質(zhì)密度ρ實(shí)與設(shè)定密度p定之間的差值△p,近似計(jì)算出由于△p變化所導(dǎo)致的壓力變化值△P,然后計(jì)算出液位變化值△h。
△P=△ρgh測,△h=△P/(ρ實(shí)g),控制系統(tǒng)輸出液位值h=h測-△h。
四.修正結(jié)果
如在存在問題中所舉例,加入該環(huán)節(jié)以后,經(jīng)過控制系統(tǒng)運(yùn)算后的液位輸出值為h輸出=h測-△h=2.4-0.4=2m,輸出液位與測量液位一致,克服了因?yàn)楸粶y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)測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
五、結(jié)語
在使用壓力變送器測量被測介質(zhì)密度變化的液位環(huán)境中,通過在加裝密度測量環(huán)節(jié),在得到實(shí)際被測介質(zhì)密度的條件下,對壓力變送器測量的液位值進(jìn)行修正運(yùn)算,能夠比較準(zhǔn)確的得到被測介質(zhì)的實(shí)際液位值。
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