如何通過壓力變送器測量密度變化介質容器的液位值

液位測量作為工業(yè)生產中現場測量的最常見的測量方式，是保證工業(yè)生產自動化穩(wěn)定進行的重要條件之一，液位測量的一般方式主要包括投入式液位計的靜壓液位測量、浮球液位計、磁翻板液位計、電容式液位傳感器、雷達液位計、超聲波液位計、氣泡法等，每一種液位測量方式和原理都不盡相同，都存在各自優(yōu)缺點，十全十美，勝任一切條件的液位測量方式是不存在的。用戶在具體使用之前應該對于具體實際的工況情況進行選擇，其追求的最終目標則是盡最大可能準確測量被測介質的液位值。

利用被測液體存在的壓力差來測量液位值是自動化工業(yè)測量中普遍使用的測量手段，具有測量精度高、結構簡單、維護量小等優(yōu)點，因此在液位測量中得到廣泛的應用。當然，我們上面提到任何測量設備都不能包測全部，壓力變送器也不例外，它的缺點是當測量介質的密度發(fā)生變化時，由于壓力變送器中的壓力量程不可能做到根據被測介質密度的變化隨時進行調整和修改，所以測量到的液位值與實際液位值存在較大的誤差，特別是測量介質隨時變化，

因為工業(yè)生產中有時侯會對液位測量值精確度有很高的要求，在這樣的測量場合，我們得到的測量數據就不能滿足工業(yè)系統(tǒng)的使用的要求了。如何在介質密度變化的情況下，利用壓力變送器得到一個準確的測量液位，本文結合結合火力發(fā)電廠脫硫制漿系統(tǒng)中的漿液箱液位測量的實際情況，對如何利用壓力變送器提高密度變化介質容器的液位測量值提出了見解，通過合理的方法修正壓力變送器測量的液位值，提高測量的精度進行的分析，以幫助朋友們解決在實際工作遇到的此類難題。



一.壓力變送器測量液位的工作原理
　　如圖1所示，我公司磨機漿液箱測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法蘭用螺栓連接，通過測量被測點的壓力值，根據流體力學的可知P=ρgh，其中ρ為被測介質的密度，g為重力加速度，常數，h為被測介質的液位高度，壓力變送器將壓力信號轉換成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，計算出被測介質的液位值h。
　　
二.存在的問題
　　在對壓力變送器的量程進行設定時通常是根據液位變化范圍hmin—hmax和被測介質的密度ρ，計算出壓力值的范圍Pmin—Pmax。通常認為被測介質的密度ρ在整個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密度不發(fā)生變化的工況，測量的液位值精確。但對于濕磨機漿液箱而言，由于要使磨機制備的漿液達到供漿系統(tǒng)的要求，漿液的密度變化是需要有一個過程的，即使是在正常運行時漿液的密度也不是固定不變的。而且磨機漿液箱的液位值需要引用到整個磨機的控制系統(tǒng)中，當磨機漿液箱液位低于液位下限時磨機就要停運，當液位高于液位上限時磨機漿液箱漿液就會出現溢流。在整個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。
　　例如在設定壓力變送器的壓力量程時是將密度值設定為ρ定=1.0kg/m3時，如果被測介質的液位變化范圍hmin—hmax=1—3m時，壓力量程則設定為9.8—29.4KPa，輸出設定為4—20mA。如果實際的被測介質實際密度升高到ρ實=1.2kg/m3，液位值為2米時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，該電流信號經過控制系統(tǒng)運算后的液位值為2.4m，較實際液位偏高了0.4m，測量誤差為20%，超過了控制系統(tǒng)對被測參數的精確度要求。而且被測介質的密度與壓力變送器的設定密度之間的偏差值越大，則測量出的液位值與實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際磨機漿液箱的液位值有很大的誤差，容易引起磨機控制系統(tǒng)的誤動作，所以如何有效的提高液位的測量精確度在磨機控制系統(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的主要原因是漿液的密度在運行過程中不是固定不變的，是一個隨系統(tǒng)運行工況而隨時變化的變量，如何將密度這個變量的變化對液位測量所形成的誤差加以修正，達到測量液位與實際液位一致的目的。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定的密度值對比，計算出由于密度變化而產生的液位差異，并差異通過運算加以消除，確保輸出液位值的真實。
　　通過工作原理可以看出，在被測介質的罐體增加了密度測量的環(huán)節(jié)，密度測量也是通過差壓變送器測量罐體固定兩點之間壓差的變化，得出被測介質的實時密度值。壓差值ΔP=ρg（h1-h2），其中ρ為被測介質的密度，g為重力加速度，h1-h2為1、2兩個測量的高度差。差壓變送器也是壓力的變化值轉化成相應的4—20mA的直流輸出，供控制系統(tǒng)使用，計算出被測介質的密度值，在液位計算單元內用實際密度來修正設定密度差異，從而得到與實際液位較為接近的液位值，為控制系統(tǒng)的精確測量提供可靠地數據保障。
　　比較簡單的修正原理為：根據實際測量的被測介質密度ρ實與設定密度ρ定之間的差值Δρ，近似計算出由于Δρ變化所導致的壓力變化值ΔP，然后計算出液位變化值Δh。ΔP=Δρgh測，Δh=ΔP/（ρ實g），控制系統(tǒng)輸出液位值h=h測-Δh。原理圖如圖3下：
　　
四.修正結果
　　如在存在問題中所舉例，加入該環(huán)節(jié)以后，經過控制系統(tǒng)運算后的液位輸出值為h輸出=h測-Δh=2.4-0.4=2m，輸出液位與測量液位一致，克服了因為被測介質密度變化而導致的輸出液位與實際液位存在誤差的現象，確保了整個控制系統(tǒng)測量數據的真實性。
　　
五、結語
在使用壓力變送器測量被測介質密度變化的液位環(huán)境中，通過在加裝密度測量環(huán)節(jié)，在得到實際被測介質密度的條件下，對壓力變送器測量的液位值進行修正運算，能夠比較準確的得到被測介質的實際液位值。