如何提高利用壓力變送器測量密度變化介質容器的液位值

       工業自動化生產中對于液位的測量是一項重要的工作，測量液位的儀表有很多種，利用壓力變送器測量液位就是其中常見的一種測量方式，一般來說差壓液位變送器主要受到壓力的影響，但這是基于所測液體介質密度不度的前提。如果所介質的密度產生不穩定的變化，壓力變送器中的量程設置并不能隨著介質密度變化的隨時進行更改，就會導致測量得到的液位值與實際值存在較大的誤差，對整個工業控制造成影響。本文結合工作實際，對于如何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。
 
       液位測量是工業自動化測量中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，各種測量方法都有各自的優缺點，應用領域也根據實際情況區別進行選擇，但目的都是為了能夠準確的測量被測介質的液位值。利用壓力變送器測量液位也是工業測量中常用的一種測量手段，它具有測量精度高、結構簡單、維護量小等優點，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，當測量介質的密度發生變化時，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，但工業決策又對液位測量值精確度要求很高的場合，測量值往往就不能滿足工業系統的使用的要求。結合火力發電廠脫硫制漿系統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，并應用于實際運行中，效果良好。
 
　　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。工作原理見圖2。
　　通過工作原理圖可以看出，在被測介質的罐體增加了密度測量的環節，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。壓差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，加入該環節以后，經過控制系統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測量數據的真實性。
 
　　結語
　　在使用壓力變送器測量被測介質密度變化的液位環境中，通過在加裝密度測量環節，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。

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