（一）差壓變送器原理與使用

本節根據實際使用中的差壓變送器主要介紹電容式差壓變送器。

1. 差壓變送器原理

壓力和差壓變送器作為過程控制系統的檢測變換部分，將液體、氣體或蒸汽的差壓(壓力)、流量、液位等工藝參數轉換成統一的標準信號(如DC4mA～20mA 電流)，作為顯示儀表、運算器和調節器的輸入信號，以實現生產過程的連續檢測和自動控制。

差動電容式壓力變送器由測量部分和轉換放大電路組成，如圖1.1所示。

                                  圖1.1  測量轉換電路

                          圖1.2 差動電容結構

差動電容式壓力變送器的測量部分常采用差動電容結構，如圖1.2所示。中心可動極板與兩側固定極板構成兩個平面型電容H_C 和L_C 。可動極板與兩側固定極板形成兩個感壓腔室，介質壓力是通過兩個腔室中的填充液作用到中心可動極板。一般采用硅油等理想液體作為填充液，被測介質大多為氣體或液體。隔離膜片的作用既傳遞壓力，又避免電容極板受損。

當正負壓力(差壓)由正負壓導壓口加到膜盒兩邊的隔離膜片上時，通過腔室內硅油液體傳遞到中心測量膜片上，中心感壓膜片產生位移，使可動極板和左右兩個極板之間的間距不相對，形成差動電容，若不考慮邊緣電場影響，該差動電容可看作平板電容。差動電容的相對變化值與被測壓力成正比，與填充液的介電常數無關，從原理上消除了介電常數的變化給測量帶來的誤差。

2. 變送器的使用

（1） 表壓壓力變送器的方向

低壓側壓力口（大氣壓參考端）位于表壓壓力變送器的脖頸處，在電子外殼的后面。此壓力口的通道位于外殼和壓力傳感器之間，在變送器上360°環繞。保持通道的暢通，包括但不限于由于安裝變送器時產生的噴漆，灰塵和潤滑脂，以至于保證過程通暢。圖1.3為低壓側壓力口。

                       圖1.3  低壓側壓力口

（2）電氣接線

①拆下標記“FIELD  TERMINALS"電子外殼。

②將正極導線接到“PWR/COMN"接線端子上，負極導線接到“-"接線端子

上。注意不得將帶電信號線與測試端子（test）相連，因通電將損壞測試線路中的測試二極管。應使用屏蔽的雙絞線以獲得最佳的測量效果，為了保證正確通訊，應使用24AWG或更高的電纜線。

③用導管塞將變送器殼體上未使用的導管接口密封。

④重新擰上表蓋。

（3）電子室旋轉

電子室可以旋轉以便數字顯示位于觀察位置。旋轉時，先松開殼體旋轉固定螺釘。

3. 投運和零點校驗

一體化三閥組與差壓變送器投入運行時的操作程序： 首先，打開差壓變送器上兩個排污閥，而后打開平衡閥，再慢慢打開二個截止閥，將導壓管內的空氣或污物排除掉，關閉二個排污閥，再關閉平衡閥，變送器即可投入運行。

差壓變送器零點在線校驗操作程序：先打開平衡閥，關閉二個截止閥，即可對變送器進行零點校驗。三閥組的調整狀態如圖1.4所示。

以羅斯蒙特3051型差壓變送器為例介紹差壓變送器的調零。松開電子殼體上防爆牌的螺釘，旋轉防爆牌，露出零點調節按鈕。（注意，有兩個按鈕，一個為零點調節按鈕（ZERO），另一個為恢復默認設置按鈕（SPAN），注意選擇零點調節按鈕。給變送器加壓，壓力值等于4mA輸出對應的壓力值。按下零點調節按鈕2秒鐘，檢查輸出是否變成4mA。帶有表頭的變送器會顯示“ZERO PASS"。

圖1.4  調零時三閥組狀態

差壓變送器調零注意事項：

零位調整螺釘和量程調整螺釘切勿搞婚、搞錯。安裝現場切勿進行差壓變送器的量程調整；

變送器調零時正負壓室及兩側引壓管溫度必須相同，如果兩側有溫差則調整的零點會隨時間產生漂移；

若在現場用變送器進行正、負遷移補償，則應在投運運狀態下做零位調整。若遷移量過大，則不能再差壓變送器上進行遷移補償。

（二） 變送器技術特性

隨著科學技術的發展，人們對變送器的要求越來越高，對它的結構性能也規定得越來越詳細。現在生產的智能變送器，各種技術指標達數十項之多。但是對用戶來說，沒有可能，也沒有必要在使用現場對變送器的各項技術指標進行驗證，而且有些指標是不會變化的。然而理解和掌握這些性能，對于使用和維護好變送器是有好處的。

1. 測量范圍、上下限及量程

每個用于測量的變送器都有測量范圍，它是該儀表按規定的精度進行測量的被測變量的范圍。測量范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限（LRV）和測量上限(URV),簡稱下限和上限。

變送器的量程可以用來表示其測量范圍的大小，是其測量上限值與下限值的代數差即：

                   量程=測量上限值一測量下限值       

使用下限與上限可表示變送器的測量范圍，也可確定其量程。如一個溫度變送器的下限值是-20℃，上限值是180℃，則其測量范圍可表示為-20～180℃，量程為200℃。由此可見，給出變送器的測量范圍便知其上下限及量程，反之只給出變送器的量程，卻無法確定其上下限及測量范圍。

變送器測量范圍的另一種表示方法是給出變送器的零點（即測量下限值）及量程。由前面的分析可知，只要變送器的零點和量程確定了，其測量范圍也就確定了。因而這是一種更為常用的變送器測量范圍的表示方式。

2. 零點遷移和量程調整

在實際使用中，由于測量要求或測量條件的變化，需要改變變送器的零點或量程，為此可以對變送器進行零點遷移和量程調整。量程調整的目的是使變送器的輸出信號的上限值與測量范圍的上限值相對應。圖2.1為變送器量程調整前后的輸入輸出特性。

由圖可見，量程調整相當于改變變送器輸入輸出特性的斜率，由特性1到特性2的調整為量程增大調整。反之，由特性2到特性1的調整為量程減小調整。

圖2.1 變送器上限調整

在實際測量中，為了正確選擇變送器的量程大小，提高測量準確度，常常需要將測量的起點遷移到某一數值(正值或負值)，這就是所謂零點遷移。在未加遷移時，測量起始點為零；當測量的起始點由零變為某一正值時，稱為正遷移；反之，當測量的起始點由零變為某一負值時，稱為負遷移。零點調整和零點遷移的目的，都是使變送器輸出信號的下限值與測量信號的下限值相對應。在時，為零點調整；在時，為零點遷移

圖2.2為變送器零點遷移前后的輸入輸出特性。由圖中可以看出，零點遷移后變送器的輸入-輸出特性沿x坐標向右或向左平移了一段距離，其斜率并沒有改變，即變送器的量程不變。若采用零點遷移，再輔以量程壓縮，可以提高儀表的測量精確度和靈敏度。

圖2.2  變送器零點遷移

零點正、負遷移是指變送器零點的可調范圍，但它和零點調整是不一樣的。零點調整是在變送器輸入信號為零，而輸出不為零(下限)時的調整；而零點正、負遷移，是在變送器的輸入不為零時，輸出調至零(下限)的調整。如果差壓變送器的低壓引入口有輸入壓力，高壓引入口沒有，則將輸出調至零(下限)時的調整，稱為負遷移；如果差壓變送器的高壓引入口有輸入壓力，低壓引入口沒有，則把輸出調至零(下限)的調整，稱為正遷移。由于遷移是在變送器有輸入時的零點調整，所以遷移量是以能遷移多少輸入信號來表示，或是以測量范圍的百分之多少來表示。

    由于同一臺變送器，其使用范圍有大有小，所以遷移量也成了有大有小。

大多數廠家生產的變送器，遷移量都是以最大量程的百分數來表示的。例如有的變送器零點正負遷移為最大量程的±100％，這就是說，如果變送器的測量范圍為0～31.1kPa至O～186.8kPa，則當變送器高或低壓引入口通O～186.8kPa范圍內的任意壓力時，其零點都可以遷到4mA。不過高壓引入口通186.8kPa的壓力已經是測量范圍上限了，再通就是超壓，把零點調成4mA DC不是不可能，但已是沒有意義了，所以一般還補充一句，零點遷移量與使用量程之和不能超過測量范圍的限值。即

式中：為遷移量；為使用量程；為最大量程。這樣，如果使用量程為186.8kPa，零點正遷移量便是

即不能遷了。

    但若使用量程為62.3kPa，則零點正遷移量便是

對負遷移來說，沒有這一限制，因為它是負壓引入口壓力，所以不管通0～186.8kPa范圍內的多大壓力，零點遷移量加上使用差壓，都不會超過測量范圍的限值

3. 量程比

    量程比是指變送器的最大測量范圍和最小測量范圍之比，這也是一個很重要的指標。變送器所使用的測量范圍和操作條件是經常變化的，如果變送器的量程比大，則它的調節余地就大。可以根據工藝需要，隨時更改使用范圍,顯然這會給使用者帶來很多方便。他們可以不需更換儀表，不需拆卸和重新安裝．只要把量程改變一下就可以了。對智能儀表來說，只要在手持終端上再設定一下。這樣，庫里的備品數量可以大為減少，計劃管理等工作也會簡單得多。

從簡單的位移式差壓計到目前的智能變送器，量程比是在不斷地增加之中，這說明技術的進步。但要注意的是，當量程比達到一定數值(例如10)以后，它的其他技術指標如精度、靜壓、單向性能都會變壞，到了某個值后(例如40)，雖然還可使用，但它的性能已經很差的了。一般情況下，量程比越大，其測量精度就越低。

4.四線制與二線制

    變送器大都安裝在現場，其輸出信號送至控制室中，而它的供電又來自控制室。變送器的信號傳送和供電方式通常有兩種：

（1） 四線制

供電電源與輸出信號分別用兩根導線傳輸，其接線方式如圖2.3所示。這樣的變送器稱為四線制變送器。DDZ-Ⅱ系列儀表的變送器采用這種接線形式。由于電源與信號分別傳送，因此對電流信號的零點及元件的功耗沒有嚴格的要求。供電電源可以是交流(220V)電源或直流(24V)電源，輸出信號可以是死零點(0～10mA)或活零點(4～20mA)。

                    圖2.3  四線制傳輸

（2）二線制

對于二線制變送器，同變送器連接的導線只有兩根，這兩根導線同時傳輸供電電源和輸出信號，如圖2.4所示。可見，電源、變送器和負載電阻是串聯的。二線制變送器相當于一個可變電阻，其阻值由被測參數控制。當被測參數改變時，變送器的等效電阻隨之變化，因此流過負載的電流也變化。

圖2.4  二線制傳輸

二線制變送器必須滿足如下條件：

①變送器的正常工作電流，必須等于或小于信號電流的最小值，即

由于電源線和信號線公用，電源供給變送器的功率是通過信號電流提供的。在變送器輸出電流為下限值時，應保證它內部的半導體器件仍能正常工作。因此，信號電流的下限值不能過低。因為在變送器輸出電流的下限值時，半導體器件必須有正常的靜態工作點，需要由電源供給正常工作的功率，因此信號電流必須有活零點。國際統一電流信號采用4～20mADC，為制作二線制變送器創造了條件。

②變送器能夠正常工作的電壓條件是

式中：為變送器輸出端電壓；為電源電壓的最小值；為輸出電流的上限值，通常為20mA；為變送器的最大負載電阻值；為連接導線的電阻值。

二線制變送器必須采用直流單電源供電。所謂單電源是指以零電位為起始點的電源，而不是與零電壓對稱的正負電源。變送器的輸出端電壓U等于電源電壓與輸出電流在R_L及傳輸導線電阻r上的電壓降之差。為保證變送器正常工作，輸出端電壓值只能在限定的范圍內變化。如果負載電阻增加，電源電壓就需增大；反之，電源電壓可以減小；如果電源電壓減小，負載電阻就需減小；反之，負載電阻可以增加。

③變送器能夠正常工作的最小有效功率

由于二線制變送器供電功率很小，同時負載電壓隨輸出電流及負載阻值變化而大幅度變化，導致線路各部分工作電壓大幅度變化。因此，制作二線制變送器時，要求采用低功耗集成運算放大器和設置性能良好的穩壓、穩流環節。

二線制變送器的優點很多，可大大減少裝置的安裝費用，有利于安全防爆等。因此，目前世界各國大都采用二線制變送器。

5. 負載特性

負載特性是指變送器輸出的負載能力，通常只有電動變送器有此技術指標。所有不同類型的兩線制變送器的負載特性是差不多的。圖2.5為1151模擬變送器的負載特性。

                    圖2.5  1151負載特性

從圖中可見，因為要保證變送器正常工作（即保證20mA電流），所以規定了端電壓，推薦使用E,J情況，其低電壓為12V，否則便不能正常工作。變送器在工作區內，負載電阻 (Ω)與電源電壓 (V)的關系為

式中 O.02 為最大輸出電流，A。 

    由于電動變送器有恒流性能，所以輸出短路時，儀表也不會損壞。

6. 供電方式

    電動儀表都需要電源供給能量，供電方式在電動儀表中也是一個重要問題。現在的電動儀表大致有兩種供電方式：交流供電和直流集中供電。

   (1)交流供電。在各個儀表中分別引入工頻220V交流電壓，再用變壓器降壓，然后進行整流、濾波及穩壓作為各自的電源，在早期的電動儀表系統中多用這種供電方式。缺點是：這種供電方式需要在每塊表中附加電源變壓器、整流器及穩壓器線路，因此增加了儀表的體積和重量；變壓器的發熱增加了儀表的溫升；220V交流直接引入儀表中，降低了儀表的安全性。

(2)直流集中供電。直流集中供電是各個儀表統一由直流低電壓電源箱供電。工頻220V交流電壓在電源箱中進行變壓、整流、濾波以及穩壓后供給各儀表電源。集中供電的好處很多：

① 每塊表省去了電源變壓器、整流及穩壓部分，從而縮小了儀表的體積，減輕了儀表的重量，并減少了發熱元部件，使儀表溫升降低；

② 由于采用直流低電壓集中供電，可以采取防停電措施，所以當工業用220V交流電斷電時，能直接投入直流低電壓(如24V)備用電源，從而構成無停電裝置；

③ 沒有工業用220V交流電進入儀表，為儀表的防爆提供了有利條件。

7. 阻尼特性

    差壓變送器常用來和節流裝置配合測量流體流量，也可根據靜壓原理測量容器內的介質液位，流量、液位這兩種物理參數有時很容易波動，致使記錄曲線很粗很大，看不清楚，為此變送器內一般都有阻尼(濾波)裝置。

    阻尼特性以變送器傳送時間常數來表示，傳送時間常數是指輸出由0升到最大值的63.2％時的時間常數。阻尼越大，則時間常數越長。

    變送器的傳送時間分兩部分，一部分是組成儀表的各環節的時間常數，這一部分是不能調的，電動變送器大概為零點幾秒；另一部分是阻尼電路的時間常數，這一部分是可以調的，從幾秒到十幾秒。

8. 接液溫度和環境溫度

    接液溫度是指變送器檢測部件接觸被測介質的溫度，環境溫度則是指變送器的放大器、電路板能承受的溫度，兩者是不一樣的，前者的范圍大，后者的范圍小。例如羅斯蒙特3051變送器的接液溫度為-45～+120℃，環境溫度為-40～+80℃。所以在使用時要注意,不要把變送器所處的環境溫度誤以為是接液溫度。

    溫度影響是指變送器的輸出隨環境溫度的變化而變化，一般是以溫度每變化10℃、28℃或55℃的輸出變化來表征的。變送器的溫度影響和儀表的使用范圍有關，儀表的量程越大，則受環境溫度變化的影響越小。

9. 靜壓和單向過壓特性

（1）靜壓特性。

靜壓是指差壓變送器的工作壓力，通常比差壓輸入信號大得多。按理說，差壓變送器的輸出只和輸入差壓有關，和變送器的工作壓力是沒有關系的，但由于設計、加工、裝配等諸多因素，變送器的零點和量程是隨著靜壓的變化而變化的。變送器的靜壓指標就是指這種變化的允許范圍。這里有以下兩點需要說明:

①不同使用范圍的變送器，其輸出受靜壓的影響是不一樣的，量程范圍

大，受靜壓變化的影響小；反之，則影響大。制造廠為了使自己生產的儀表有較高的技術指標，所以不管用戶使用在多大測量范圍，靜壓指標總是以在最大量程下，零點和量程的變化多少來定的。

②變送器的靜壓可以是正壓，也可以是負壓。正壓有個限值，例如最為

16MPa、40MPa；負壓也有個限值，例如-O.1MPa，但不能絕對真空。我們說變送器的靜壓，通常只說它的上限壓力，下限壓力似乎認為沒有規定，其實這是不對的。變送器在絕對真空下，膜盒內的硅油會汽化，會損壞儀表，所以也有規定。

（2）單向過壓特性。

單向過壓即是單向超載，它是指差壓變送器的一側受壓，另一側不受壓。在變送器和節流裝置配套使用過程中，由于操作不慎，有時會發生一側導壓管閥門開著，而另一側是關的，因此變送器靜壓是多少壓力，單向過壓也是多少壓力。

    對于一般儀表，信號壓力只能比額定壓力稍大一點，例如大30％，大50％，但對差壓變送器來說，單向超載的壓力不是比信號壓力稍大一點，而是大幾倍、幾十倍、上百倍。在這種情況下，變送器應不受影響，其零點漂移也必須在允許范圍，這就是差壓變送器的單向特性。

    最早的差壓計是不耐單向過壓的，但是現在的變送器單向過壓指標定得很高，單向對儀表的各種性能基本上沒有什么影響。例如，日本橫河的EJA系列差壓變送器使用時可以不裝平衡閥。單向過壓時間也不作規定，但從使用角度來看，不裝平衡閥是不方便的。

10. 穩定性

穩定性是變送器的又一項重要技術指標，從某種意義上講，它比變送器的精度還重要。穩定性誤差是指在規定工作條件下，輸入保持恒定時，輸出在規定時間內保持不變的能力。穩定性±0.1% URV／6個月表示：在6個月內，儀表的零點變化不超過測量范圍上限的±0.1%。注意這里說的是測量范圍上限，不是使用范圍。例如某變送器的測量范圍為0～2kPa至O～100kPa，如果使用在O～10kPa，那么它的穩定性就不是±0.1％，而是±1％；所以在看儀表的誤差時，一定要看它對哪個范圍而言。

（三） 差壓變送器的應用

差壓、壓力變送器除了用于測量工業生產過程中的差壓、壓力參數外，還可和多種傳感元件配套，測量流體流量，測量容器中的介質液位，料位、密度和藏量，以及在監測和控制系統中作為一個環節，參與各種運算。

一、 流量測量

1. 節流式流量計

差壓變送器用得廣的是和節流裝置配合，測量各種流體的流量。節流裝置包括節流元件、上下游連接的直管和引壓裝置三邵分，其中最基本的是節流元件，主要的有孔板、文丘利管和噴嘴三種，見圖3.1。

在工業生產過程中，測量流量的儀表是很多的，但差壓式流量計所占的比例最大，用得最為廣泛，其結構簡單、可靠，無可動部件，不怕振動，能耐高溫、低溫和其他惡劣條件; 差壓式流量計既能測液體，又能測氣體和蒸氣流量;由標準節流裝置組成的差壓流量計不用標定。

(a)孔板  （b）噴嘴     （c）文丘里管

圖3.1 標準節流元件

  2. 測速管流量計

測速管流量計是以測速管為傳感元件，測量流體的全壓和靜壓之差，以獲得流體的流速，再乘以管道截面積而得流體體積流量的流量計。

測速管的全壓和靜壓也是由差壓變送器的高、低壓室檢測，所以測速管流量計和孔板流量計一樣，由差壓變送器的輸出反映流體的流量。但是，測速管流量計的測量原理和孔板流量計是不一樣的，雖然它們都是速度式儀表。孔板是測管道截面積上的平均流速面得流體流量，而測速管是測管道上某一點或某幾點的平均流速而得流體流量。所以測速管流量計要求流體的流速分布應更符合有關規律，則便會測量不準。圖3.2為測速管流量示意圖。

1-差壓變送器;2一全壓力;3一皮托管，4均速管;5-靜壓力

圖3.2 測速管流量計

3. 內藏孔板流量計

 內藏孔板流量計是將節流元件設計在差壓變送器的檢測部件內部，用以測量微小流量的一種變送器。它屬于差壓類流量計中的一種。這種儀表適用于測量∅50以下管道的流體流量。因為孔板嵌裝在變送器內部，和變送器做成一體，所以沒有常規節流元件那樣的引壓裝置，安裝特別簡單。

差壓變送器是成熟儀表，精度高，穩定性好，一般儀表人員都比較熟悉。它和小口徑節流裝置制作成一體，結構簡單牢固，無可動部件，適應介質范圍廣，氣體、液體、蒸汽均可測量。

4. 靶式流量計

將力平衡式氣動或電動差壓變送器的膜盒部件卸下，換成一塊圓板，固定在下杠桿末端，便可構成靶式流量計。圖3.3為靶式流量計測量部分的工作原理圖。工作時，把靶插入管道。流體通過時，便對靶板產生作用力，再通過杠桿轉換系統輸出20～100kPa氣壓信號(氣動靶式流量計)，或輸出4～2OmA電流信號(電動靶式流量計)。

1一表頭; 2一下杠桿; 3一靶板；4一管道

圖3.3 靶式流量計工作原理圖

二、液位測量

差壓、壓力變送器的另一個用途是用于測量容器內液體的液位、界位，以及固體顆粒的料位。

1. 靜壓液位計   

容器中盛有液體或固體物料時，由于液體或物料受重力的作用，它們會對容器底部或側壁產生一定的靜壓力。當液體或物料的密度均勻，此靜壓力與液體的高度成正比，測出了容器底部的靜壓力，就可知道液位高度。

式中: p一容器底部的靜壓力,Pa;

      h—容器內介質液位，m;

      -一液體密度，kg/m³;

      g一重力加速度，m/s²。

通過測靜壓來測量容器液位的靜壓液位計，可分為兩類:

① 用于測量開口容器液位的壓力式液位計;

圖3.4為開口容器液位測量示意圖，測量儀表可以用差壓變送器，也可以用壓力變送器。用差壓時，低壓引壓口通大氣。

圖3.4 開口容器液位測量示意圖    圖3.5 閉口容器液位測量示意圖

② 用于測量閉口容器液位的差壓式液位計。

用靜壓式液位計測量閉口容器液位時，變送器的示值除了與液柱的靜壓力有關外，還與液位上面的氣相壓力有關，所以變送器的輸出既受液位的變化，還受氣相壓力的變化而變化。為了消除氣相壓力的影響，需要采用差壓式液位計測量，如圖3.5閉口容器的液位測量示意圖所示。容器底部壓力引至變送器高壓側，上部壓力引至變送器低壓側。

2. 吹氣液位計

    有時，被測介質有腐蝕性、高粘度或含有固體懸浮顆料，再或者就是粉末狀的固體，這些介質會腐蝕或堵塞引壓導管和變送器測量室，這時可用吹氣法測量它們的液位或料位。

1截止閥;2一過濾減壓閥;3限流孔板;4一轉子流量計;5 變送器，6容器; PA一氣源壓力; PB一限流孔板后的壓力

圖3.6  吹氣液位計

吹氣氣體一般是空氣，但如果被測液體是易燃、易氧化的介質，也可以用氮氣或二氧化碳等惰性氣體。

吹氣法測液位和非吹氣法測液位一樣，也有閉口容器和開口容器兩種。閉口容器要用差壓變送器測，開口容器用壓力變送器就可以了。圖3.6是吹氣法測開口容器液位計的原理示意圖。經過過濾的壓縮空氣從導管進人，經限流孔板3、轉子流量計4后分成兩路: 一路進變送器5的測量室，另一路進容器6，并從容器底部逸出。如果空氣流量很小，從導官下端僅有少量氣泡逸出(每分鐘約15。個)，則變送器引壓口C處的壓力和導管空氣出口處D的壓力幾乎相等。如果有一點差值，則只要吹氣流量恒定差值也就不變，變送器的輸入就單一地隨著容器內液位高度的變化而變化，變送器的輸出也就和容器內的液位相對應。同時又隔離了被測介質進人引壓導管和儀表測量室。

3.雙室平衡容器差壓液位計

雙室平衡容器用于測量下業鍋爐的汽鼓水位，因為汽鍋內溫度高，壓力高，如不采取特殊裝置，則兩引壓導管內的溫度無法恒定。圖3.7為雙室平衡容器的結構與測量原理圖。

1內管容室，2一冷凝室;3，5一接桿;4一汽鼓

圖3.7  雙室平衡容器的工作原理

它由內管容室1和冷凝室2組成，其中冷凝室2通過接管3與汽鼓4的蒸汽空間相連。工作時，冷凝室中的蒸汽不斷冷凝成水，多余的凝結水不斷地通過連接管3溢流回汽鼓，從而使凝結水保持恒定高度口容室1為冷凝室2中的管子，通過接管5與汽鼓的容水空間相連，這樣容室1中的水位便隨汽鼓待測水位的變化而變化。這種平衡容器使得冷凝室2和容室1的水溫基本相同。并維待在蒸汽的飽和溫度不變，因而可以減少由于溫度不同而產生的誤差。

雙室平衡容器實質上是一個水位一差壓的轉換裝置，它根據連通器原理，將汽鼓水位轉換為兩個容室中的壓力差，并通過測此壓力差來測量汽鼓水位。

三、測量密度與重量

用差壓變送器還可以測量介質的密度和重量，圖3.8為測量原理圖。

1一密度差壓變送器;2一重量差壓變送器;3一容器

圖3.8  密度與重量的測量原理

1. 密度的測量

用差壓變送器可以測量容器內介質的密度，只要在容器下部始終有介質的地方裝兩根引壓管，分別引到密度差壓變送器的高、低壓側，就可以測出它的密度。

如圖2.13所示，密度變送器的差壓為：

式中 H1一取壓點a、b間的距離，m；ρ—介質密度，kg/m3；g—重力加速度，m/s2。

可得介質密度：

因為電動變送器的輸出電流為4～20mA，所以變送器輸出電流I和差壓△P的關系為:

式中 — 儀表量程。

可得介質密度和變送器的輸出電流之間的關系為:

表明測出了變送器的輸出電流，便可知道介質密度。

2. 重量的測量

測量容器內介質重量時，從圖8-14的a、c兩點引壓力至重量差壓變送器2，就可以由變送器測出它的重量。因為容器內介質的重量為：

式中：W一介質重量，N；V—介質體積，m³。因為介質體積:

式中：d—容器內徑； H₂一介質液位。故可以求出介質質量：

式中△P一重量變送器測得的差壓。由密度計算公式轉換可得到：

從而可以求出介質重量。

   （四） 壓力、差壓變送器的選擇

一、 結構和型式的選擇

變送器根據結構不同分為一般型、防爆型和防腐型幾種，應根據環境和介質的特點選擇。

在易燃易爆危險的場所(如氫、煤氣、天然氣、輕柴油等)應選擇防爆型或本安型；被測介質為一般腐蝕性介質時，可選擇防腐型，當為強腐蝕性介質時，則應選擇防腐隔離容器。當安裝地點含有對電氣元件有腐蝕作用氣體(如氯、氨、酸、堿等)時，也宜選用防腐型；被測介質為高黏度、易結晶、含微小機械顆粒或纖維等介質時，宜選用隔離容器與一般變送器配用；測量液位時，也可選擇法蘭型差壓變送器直接安裝在被測對象上；差壓法測量流量時，可選用帶開方輸出的流量變送器，其輸出信號與流量成正比；用于負壓或負壓和壓力聯合測量的檢測可選用絕對壓力變送器。   

二、 規格選擇

被測介質的工作壓力不能大于變送器的允許靜壓，然后根據被測參數的變化范圍，選擇合理的量程。有時為提高測量精度，可采用零點遷移的方法。   

變送器量程應按生產工藝參數的最大變化范圍來選擇。例如，某壓力最大變化范圍為O～10MPa，壓力變送器量程應選用10MPa；某液位變化范圍為-3.2～+3.2KPa，則差壓變送器量程應選為6.4KPa。當參數的最大變化范圍未知時，變送器量程可按參數額定值的1.2～1.3倍考慮。   

對于某一已確定規格的變送器來說，它的最小量程和最大量程是固定了的，相當于變送器從零到滿刻度輸出范圍的最小輸入變化量和最大輸入變化量。這時，實際使用的量程可在最小和最大量程之間連續可調，但不允許小于最小量程或大于最大量程。   

在液位測量中根據液位變化范圍來選擇變送器量程時，要考慮介質的密度影響 :

式中： △p為差壓變送器的量程，Pa；△h為液位變化范圍，m；ρ為介質密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2。式中，介質密度ρ按額定壓力和額定溫度考慮，當有壓力、溫度自動校正時，則按初始壓力和溫度考慮。   

在一般情況下變送器的量程是按測量起始值為零整定的，但在實際應用中某些參數的變化范圍不是從零開始，這時可進行變送器的零點遷移。零點經正遷移或負遷移后，量程上下限間的絕對值不可超過最大測量范圍的上限。   

需考慮采用零點遷移的測量對象如下:  

(1)參數的測量從某一正值開始，如在鍋爐燃料量調節中對蒸汽壓力的測量，為了提高靈敏度，其起始值改為從某一壓力開始。這時，變送器采用零點正遷移，遷移量即等于測量的起始值。   

(2)被測參數從負值到正值的范圍內變化時，如對鍋爐爐膛負壓的測量，此時變送器應采用負遷移。   

(3)在開口容器的液位測量中，變送器安裝地點(膜盒位置)比低液位為低時，如圖4.1所示，應采用正遷移，正遷移量為

圖4.1 開口容器液位測量

式中：為差壓變送器零點正遷移量，Pa；H為變送器安裝零位與低液位間的距離，m；為液體的密度，kg/m3。變送器量程為，其中h為液位變化范圍(m)。   

(4) 在封閉容器液位的測量中，當容器內外溫差較大，氣相容易凝結時，應采用平衡容器并對變送器作零點遷移。   

圖4.2為鍋爐汽包水位測量示意圖。。在鍋爐汽包水位測量中變送器要進行零點遷移。     

當差壓變送器正壓室接平衡容器時（與圖示相反），變送器采用正遷移。正遷移量按下列公式計算(即水位在上)：

1- 汽包；2-平衡容器；3-變送器

圖4.2 鍋爐汽包水位測量

式中：為差壓變送器的零點正遷移量，Pa；為與高水位對應的尺寸，m；H為平衡容器結構尺寸，m； 、 為額定壓力下飽和蒸汽和飽和水的密度，kg/m³；為正壓側水密度，kg/m³。   

這是目前常用的方法。應用這種方法時，汽包水位下降時，即h(h1)減小,增大, 增大，差壓增大，變送器的輸出增大，這與一般的習慣不一致。

當差壓變送器正壓側接汽包時（與圖示相同），變送器應采用負遷移，負遷移量為(即水位在下時)

式中：為與低水位對應的尺寸，m；其余符號含義同上式。   

在這種接法中，水位高時，即h(h2)增大,減小, 增大，增大，變送器輸出增加，與習慣一致，但這種方法負遷移量較大。 

（五）  變送器的安裝

1.信號壓力的引入

變送器的輸入信號壓力一般有三種方法引入：①通過直通終端接頭；②通過腰形法蘭；③通過閥組。

(1) 通過直通終端接頭

圖5.1為直通終端接頭結構圖。接頭體1上有外螺紋，它擰到變送器的導壓口。螺紋有各種規格，以適應不同型號的變送器的需要。接管5和引壓導管相焊，它也有多種規格，以配不同直徑和壁厚的引壓導管。拆卸時，只要把外套螺母4擰下，就可以使變送器和導壓管分開。

5.1

(2) 通過腰形法蘭

腰形法蘭是一個小法蘭，形如腰子，有時也叫橢圓法蘭。它用兩螺釘固定在變送器的導壓口上，法蘭的一端和變送器相通，另一端有內螺紋接口，直通終端接頭或引壓導管即擰在此接口上。拆卸時，擰開腰形法蘭的兩個固定螺釘，或擰開直通終端接頭的外套螺母，都可以使導壓管和變送器分開。

(3) 通過閥組相連

變送器閥組有三閥組、二閥組、五閥組等三種。圖5.2為3051S變送器的外形圖，變送器輸入壓力的引入采用了三閥組。

5.2

①三閥組 

差壓變送器和導壓管的連接也可以通過三閥組。圖5.3(a)為一體化三閥組的工作原理圖，它由兩個引壓閥1和一個平衡閥2組成。一體化三閥組比單獨的三個閥結構緊湊，安裝方便。

圖5.3  儀表閥組工作原理

三閥組的入口A接直通終端接頭．引壓導管則焊在終端接頭的接管上。出口B用4個螺釘加墊圈固定在變送器的引壓導口。三閥組兩出口B，也即變送器兩引壓導口之間的距離，一般都是54mm。

當三閥組高、低壓閥關閉，平衡閥開啟時，變送器高、低壓測量室壓力平衡，差壓為O。當高、低壓閥同時開啟，平衡閥關閉時，兩輸出端壓力分別為節流裝置的高壓和低壓；當平衡閥開啟，高低壓閥中一個閥關，一個閥開，則兩輸出端壓力均為高壓或低壓。

有的三閥組上還有兩個壓力校驗口D，正常工作時用堵頭堵死。校驗時，先把高低壓閥和平衡閥切斷，然后從測試口通入被校壓力，便可在不拆卸其他接頭的情況下校驗變送器。

②五閥組

五閥組是在三閥組的基礎上又增加了兩個排污閥3 (放空)，其工作原理示于圖3.5(b)。正常工作時，將兩組排污閥和平衡閥關閉；儀表對零位時，則將高低壓閥切斷，打開平衡閥即可。有的五閥組上也有兩個壓力校驗口D，如要校驗儀表，只要打開測試口，通上被校壓力即可。因而檢查、校驗、排污、沖洗均可在這五閥組上進行，比較靈活，安裝也簡便得多。

③兩閥組

兩閥組一般用于壓力變送器，通過它將過程壓力和變送器的導壓口相連接，其工作原理示于圖5.3(c)。其中A接工藝導管，B接壓力變送器導壓口，C用于排污或吹掃，D為校驗口。兩閥組有時也可和差壓變送器配套使用。

2. 正反向的轉換

 在用差壓變送器測量容器液位時，高壓側接容器下部的導壓管，低壓側接容器上部的導壓管，這樣儀表輸出便能按照習慣，液位上升，輸出增加；液位下降，輸出減少。同樣，在用差壓變送器和節流裝置配套測量流體流量時，正壓導管接變送器高壓側，負壓導管接變送器低壓側，這樣變送器才能正常工作。

但是有時由于工作不慎，高低壓導管敷設反了，或者為了維護操作方便，必須將正壓導管接變送器低壓側，負壓導管接變送器高壓側。在這種情況，變送器還能不能正常工作?導壓管還需不需拆除后重新敷設?

對于測量靜壓液位的變送器來說，導壓管接反了，只能違反常規，使輸出反向指示。當液位低時，輸出不是零位，而是100％；當液位最高時，輸出不是最大，而是O％，早年沒有零點遷移的差壓計就是這樣用的。但對于測流量的差壓變送器，導壓管接反了，一般就不能工作

智能變送器是用手持通信器的組態來實現它的功能的，在變送器內部有一正反向轉換模塊，只要將它設定成反向，便可解決導壓管接反的問題。對于非智能變送器，有的電路板上也有一正反向插塊，只要改變插塊的插接位置，也可實現正反向的轉換。

所謂正向，是指變送器的差壓信號增加，輸出也增加；反向則是差壓信號增加，輸出減少。

凡是有正反向轉換的變送器，如果導壓管接反了，只要將它改為反向輸出狀態，再加上一定的零點正負遷移，便可使變送器按常規輸出方向工作，而不需改裝引壓導管。

3. 變送器的安裝注意事項

變送器有模擬的、智能的和現場總線的，但它們的安裝方式基本相同。

流量、液位或壓力測量的綜合精確度取決于幾個因素。雖然變送器具有很好的性能，但為了最大限度地予以發揮，正確的安裝仍是十分重要的。在可能影響變送器精確度的所有因素中，環境條件是最難于控制的。然而，還是有一些方法可以減少溫度、濕度和振動帶來的影響。

智能變送器有一個內置的溫度傳感器用來補償溫度變化。出廠前，每個變送器都接受過溫度循環測試，并將其在不同溫度下的特性曲線儲存在變送器的存儲器中。在工作現場，這一特點使變送器能將溫度變化的影響減到最小。

把變送器放置在免受環境溫度劇烈變化的地方，從而將溫度波動的影響減到最小。在炎熱環境中，變送器安裝時應盡可能地避免直接暴露在陽光下，也必須避免把變送器安放在靠近高溫管道或容器的地方。當過程流體帶有高溫時，在取壓口和變送器之間需采用較長的導壓管。如果需要，應考慮采用遮陽板或熱屏蔽板保護變送器免受外部熱源的影響。濕度對電子電路是非常有害的。在相對濕度很高的區域，用于電子線路室外蓋的密封圈必須正確地放置。外蓋必須用手擰緊至關閉，應感覺到密封圈已被壓緊。不要用工具去擰緊外蓋。盡量減少在現場取下蓋板，因為每次打開蓋板，電子線路就暴露在潮氣中。

電子電路板采用防潮涂層加以保護，但頻繁地暴露在潮氣中仍有可能影響保護層的作用。重要的是保持蓋子密閉到位。每次取下蓋子，螺紋將暴露并被銹蝕，因為這些部分無法用涂層保護。導線管進入變送器必須使用符合標準的密封方法。不用的連接口必須也按如上規則塞住。

雖然變送器實際上對振動是不敏感的，但安裝時應盡可能避免靠近泵、渦輪機或其他振動裝備。

在冬天應采取防凍措施防止在測量容室內發生冰凍，因為這將導致變送器無法工作，甚至可能損壞膜盒。

注意:當安裝或存儲液位變送器時，必須保護好膜片，以避免其表面被擦傷、壓凹或穿孔。

變送器設計得既堅固又輕巧，因此比較容易安裝。三閥組的標準設計可以地匹配變送器法蘭。

如過程流體含有懸浮的固體，則需按一定的間隔距離安裝閥門或帶連桿的管接頭，以便管道清掃。在每根導壓管連接到變送器之前，必須用蒸汽、壓縮空氣或用過程流體排泄的方法來清掃管道內部（即吹掃）。

4. 變送器的安裝位置

以孔板差壓變送器為例，說明當它們測量氣體、液體和蒸汽時的安裝位置。

（1） 測量液體介質

變送器測量液體的壓力或差壓時，主要是防止進入導管中的液體內混入氣體并積貯在導壓管內，使其靜壓頭發生變化，為此，變送器應裝在與測壓點水平的位置或下方,如圖5.4（a）所示。如果變送器不得不裝在測壓點的上方，則將導壓管先從測壓點向下一段距離后再向上，以形成U形管，讓液體中的氣體盡可能先放出去。在導管的最上方，要裝集氣器或放空閥, 如圖5.4（b）所示。無論是上方還是下方，如果液體有沉淀物析出，為了不堵塞導管，都需裝沉降器。如果被測液體有腐蝕性或粘性液體，應裝隔離器，安裝位置如圖5.4（c）所示。

（a）變送器在節流裝置下方  （b）變送器在節流裝置上方   (c)使用隔離器的變送器安裝

1一節流裝置;2一隔離器; 3一差壓變送器

圖5.4  測量氣體安裝

（2） 測量氣體介質

變送器測量氣體的差壓或壓力時，主要是防止液體和灰塵進入導壓管，使其靜壓頭發生變化，造成測量誤差增加，為此變送器應裝在測壓點的上方。如果不得不裝在下方，則需在導壓管路的低點加裝沉降器或沉降管，以便析出冷凝液和灰塵。如果測量腐蝕性氣體，也應加裝隔離器。圖5.5給出了測量氣體安裝位置。

（a）變送器在節流裝置上方             （b）變送器在節流裝置下方

 1一節流裝置;2一隔離器;

圖5.5  測量氣體安裝位置

（3） 測量蒸汽介質

變送器測量蒸汽時，蒸汽是以冷凝液的狀態進入變送器測量室。如果操作不慎，而讓蒸汽進入了變送器，則會損壞儀表的檢測部件。為此，在靠近節流裝置處的差壓連接管路上，需裝兩個平衡器。平衡器內應是冷凝液體，并確保兩平衡器內的液面相等。因為蒸汽是以液體的狀態被測量的，所以變送器應裝在下方；如果不得不裝在上方，則需加裝集氣器或放空閥。測量蒸汽介質安裝位置如圖5.6（a）、5.6(b)所示。

（a）變送器在節流裝置下方         （b）變送器在節流裝置上方

1一節流裝置;2一平衡器;3一變送器

圖5.6  測量蒸汽介質安裝位置

 (4) 測量液位安裝

（a）變送器在節流裝置下方         (b)變送器在節流裝置上方

1一節流裝置;2一平衡器;3變送器

圖5.7  測量液位安裝位置

根據靜壓原理，用差壓或壓力變送器測量容器內液體的液位或界位時，根據被測介質的性質和容器內的壓力，可以有多種安裝方法，圖5.7是其中的兩種。

圖5.7（a）是測量閉口容器的液位，負壓管為干氣體，正壓管為被測液體。為了防止負壓管內有冷凝液析出，而使負壓的靜壓頭增加，所以在它的下方裝了個冷凝罐1。校準管3是用來校驗變送器的量程的，其高度正好等于容器內的最高液位。這樣，只要把閥Q關掉，把閥R打開，然后從閥R處倒人被測介質，當閥R出口開始溢流時，便是給變送器通了滿量程壓力。

如果此時儀表輸出不是滿刻度，便可調節量程螺釘。如果被測介質有腐蝕性，一時無法得到，則可以用水或其他介質進行標定，然后根據水或其他介質的密度和被測介質的密度計算儀表示值，再根據實際示值和計算示值的差值進行量程調整。

圖5.7（b）為打沖洗液和有隔離彎管的液位測量示意圖。為了防止被測介質進入儀表而影響測量，從正壓導管內打沖洗液，負壓導管內打氣體。打氣體的目的是為了節省沖洗液。為了防止沖洗液停打時，被測重介質進入導壓管和儀表機體，故在正壓導管上而加一隔離彎管，它的高度應高于最高液位，這樣，被測介質就被沖洗液隔開，不可能進入儀表測量室。

5.常用輔助容器

(l) 冷凝器

被測流體是蒸氣時，在引壓管內以凝結水的形態傳給變送器，為了使兩引壓管內的液位高度不變，常在靠近節流裝置的導壓管上安裝冷凝器。對于工作過程中測量室容積變化大的差壓變送器，安裝冷凝器還可以大大減.少因容積變化而造.成導壓管內冷凝液柱高度的變化。

圖5.8  冷凝器結構

圖5.8為冷凝器結構圖。它在一段鋼管2的上、下兩端各焊上底板1、4，并鉆孔焊上接管構成口由于容器內有版力.所以焊接時要按鋼制焊接容器技術條件進行。容器制成后，還需進行耐壓測試、測試壓力為公稱壓力的1.5倍。

冷凝器上帶螺紋的接頭座主要是為了供出廠或安裝前對冷凝器進行單體耐壓試驗用的，當然也可以連接低壓管道。

安裝時，從節流裝置引出的兩個水平導壓管的高度要一致，導管內徑至少10mm，中間不宜裝閥門。要讓多余的液體能順利地流人工藝管道中，以使兩冷凝器的液面相等，且穩定不變，從而減少附加誤差。

為了減少運行中的故障，除測量低壓蒸汽外，冷凝器和節流裝置、冷凝器和閥門之間應采用焊接方式連接。冷凝器和儀表間要接人閥門，以便在維修時可切斷與儀表的聯系，從而不影響工藝生產的正常運行。

(2) 隔離器

1一連接座;2，6一接管;3一螺塞;4一底板;5一筒體;7一底板

圖5.9  隔離器

對于高粘度、強腐蝕性、易凍結或易析出固體顆粒的液體，應采用一種化學性質穩定，且與被測液體不起作用和不相熔融的隔離液體，將被測介質與變送器隔開。而被測介質的壓力可以通過隔離液傳到變送器檢測部件，這樣，變送器將

不受腐蝕性介質的侵蝕，變送器前的導壓管也不會因冷凝或有固體顆粒而堵塞，而測量卻不受影響。   

隔離的方法有兩種，一種用隔離器，另一種用隔離管。由于隔離器的容積遠大于隔離管，所以采用隔離器的液面不易變化，精度較高。圖5.9為隔離器的結構示意圖，它也是由筒體、上下底板構成。引壓導管焊在隔離器的短管上，連接座是用于連接導管，以便灌隔離液和裝放空閥。

隔離液的密度要和被測介質的密度有一定的差異，這樣才能使兩種液體不易相混。根據隔離液，即傳壓液體的密度大于或小于被測介質的密度，隔離器有兩種安裝方法。若以隔離器和節流元件連接處為其進口，與引壓管連接處為其出口，則當被測介質密度小于隔離液的密度時，隔離器要上進下出，若被測介質密度大于隔離液密度，隔離器要下進上出。   

在灌隔離液時，應打開中間堵頭螺釘后往里灌。由于隔離液的密度和被測介質不同，所以測差壓時，高低壓室的起始高度兩邊必須調整到同一水平線上，并且在隔離液中不允許有氣泡存在，隔離器應無泄漏現象，這樣才能使分界面高度相等，不產生零位誤差。

(3)集氣器和沉降器

當被測介質為液體時，為防止液體中析出的氣體引起靜壓頭變化，產生測量附加誤差，所以常在導壓管最高處安裝集氣器。集氣器上有排氣閥，可以定期排放氣體。另外，為了防止液體中析出的沉淀堵塞導管，又在導管低處安裝沉降器及排污閥以便定期排出污物。集氣器和沉降器是一個空罐，體積盡可以設計得大一些，以便放氣排污的周期加