浅析差压变送器的零点迁移

浅析差压变送器的零点迁移
作者：李东
内容提要：应用差压变送器测量液面时，如果差压变送器的正、负压室与容器的取压点处在同一水平面上，就不需要迁移。

而在实际应用中，出于对设备安装位置和便于维护等方面的考虑，测量仪表不一定都能与取压点在同一水平面上；又如被测介质是强腐蚀性或重粘度的液体，不能直接把介质引入测
压仪表，必须安装隔离液罐，用隔离液来传递压力信号，以防被测仪表被腐蚀。

这时就要考虑介质和隔离液的液柱对测压仪表读数的影响。

为了能够正确指示液位的高度，差压变送器必须做一些技术处理一一即迁移。

一、量程调整和零点迁移
1、量程调整
在实际使用中，由于测量要求或测量条件的变化，需要改变变送器的零点或量程，为此可以对变送器进行零点迁移和量程调整。

量程调整的目的是使变送器的输出信号的上限值y max与测量范围的上限值
X maX相对应。

图1.1为变送器量程调整前后的输入输出特性。

由图可见，量程调整相当于改变变送器输入输出特性的斜率,
调整。

反之，由特性2到特性1的调整为量程减小调整。

1
y
y IMK
‰⅛L O
2/ \ \
----------------- !------------------- !
----------------- ►
L Bdn XBuK ] X IMK 2 H 图1.1变送器量程调整
对于某一已确定规格的变送器来说，它的最小量程和最大量程是固定了的，相当于变送器从零到满
刻度输出范围的最小输入变化量和最大输入变化量。

这时，实际使用的量程可在最小和最大量程之间连
续可调，但不允许小于最小量程或大于最大量程。

2、零点迁移
在实际测量中，为了正确选择变送器的量程大小，提高测量准确度，常常需要将测量的起点迁移到
某一数值（正值或负值），这就是所谓零点迁移。

在未加迁移时，测量起始点为零；当测量的起始点由零变为某一正值时，称为正迁移；反之，当测量的起始点由零变为某一负值时，称为负迁移。

零点调整和
由特性1到特性2的调整为量程增大
零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值y min 与测量信号的下限值X min相对应。

在X min=O时，
为零点调整；在X min ≠ 0时，为零点迁移
图1.2为变送器零点迁移前后的输入输出特性。

由图中可以看出，零点迁移后变送器的输入-输出
再辅以量程压缩，可以提高仪表的测量精确度和灵敏度。

零点正、负迁移是指变送器零点的可调范围，但它和零点调整是不一样的。

零点调整是在变送器输
入信号为零，而输出不为零（下限）时的调整；而零点正、负迁移，是在变送器的输入不为零时，输出调至零（下限）的调整。

如果差压变送器的低压引入口有输入压力，高压引入口没有，则将输出调至零（下限）时的调整，称为负迁移；如果差压变送器的高压引入口有输入压力，低压引入口没有，则把输出调至零（下限）的调整，称为正迁移。

由于迁移是在变送器有输入时的零点调整，所以迁移量是以能迁移多
少输入信号来表示，或是以测量范围的百分之多少来表示。

3、迁移量的确认
由于同一台变送器，其使用范围有大有小，所以迁移量也成了有大有小。

大多数厂家生产的变送器，
迁移量都是以最大量程的百分数来表示的。

例如有的变送器零点正负迁移为最大量程的±100 %,这就
是说，如果变送器的测量范围为0〜31.1kPa至O H 186.8kPa ,则当变送器高或低压引入口通Q- 186.8kPa 范围内的任意压力时，其零点都可以迁到4mA不过高压引入口通186.8kPa的压力已经是测量范围上
限了，再通就是超压，把零点调成4mA DC不是不可能，但已是没有意义了，所以零点迁移量与使用量
程之和不能超过测量范围的限值。

即：
Δp z ' Δp s≤ Δp h
式中：P Z为迁移量；P S为使用量程；八P h为最大量程。

这样，如果使用量程为186.8kPa ,零
点正迁移量便是
P Z= P h 一卩S =186∙8-186∙8 = 0KP a
即不能迁了。

特性沿X坐标向右或向左平移了一段距离, 其斜率并没有改变, 即变送器的量程不变。

若采用零点迁移,
（G未迁移
图1.2 变送器零点迁移
但若使用量程为62.3kPa ,则零点正迁移量便是
P Z空186.8 —62.3 = 124.5KP a
对负迁移来说，没有这一限制，因为它是负压引入口压力，所以不管通O〜186.8kPa范围内的多大
压力，零点迁移量加上使用差压，都不会超过测量范围的限值。

4、需考虑采用零点迁移的测量对象
(1) 参数的测量从某一正值开始，这时，变送器采用零点正迁移，迁移量即等于测量的初始值。

(2) 被测参数从负值到正值的范围内变化时，这时，变送器采用零点负迁移，迁移量即等于测量的
初始值的绝对值。

(3) 在开口容器的液位测量中，变送器安装地点比最低液位低时，如图 4.1所示，应采用正迁移，
正迁移量为P= 98」。

图4.1开口容器液位测量
式中：ΔP为差压变送器零点正迁移量，单位是Pa；H为变送器安装零位与最低液位间的距离，
单位是m; 为液体的密度，单位是kg∕m3。

(4) 在封闭容器液位的测量中，当容器内外温差较大，气相容易凝结时，应采用平衡容器并对变送
器作零点迁移。

二、零点迁移的分类详解
1、无迁移
将差压变送器的正、负压室与容器的取压点安装在同一水平面上，如图 2.1所示。

设A点的压力为P-, B点的压力为P+,被测介质的密度为P ,重力加速度为g,则Δ P= P+- P-= P gh+ P--P-= P gh;如果为敞口容器，P-为大气压力，ΔP=P+=ρgh,由此可见，如果差压变送器正压
室和取压点相连，负压室通大气，通过测B点的表压力就可知液面的高度。

当液面由h=0变化为h=hmax时，差压变送器所测得的差压由ΔP=O变为ΔP=P ghmaχ输出由4mA
变为20mA
假设差压变送器对应液位变化所需要的仪表量程为30kPa ,当液面由空液面变为满液面时，所测得
的差压由0变为30kPa°
2、负迁移
如图2.2所示，为了防止密闭容器内的液体或气体进入差压变送器的取压室，造成测量管线的堵塞
或腐蚀，在差压变送器的正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐，并填充隔离液，其密度为P 1。

当H=0 时，P+= ρ1gh1 P-= P 1g(H+h1)
ΔP= P+- P-=- P IgH
当H=HmaX寸，P+=ρIghl + P gH P-= P 1g( H+h1)
Δ P= P+- P-= P gH- P 1gH=( P - P 1) gh
当H=0时，ΔP=- P IgH,在差压变送器的负压室存在一静压力P IgH,使差压变送器的输出小于4mA
当H=HmaX寸，ΔP=( P - P 1)gHmax,由于在实际工作中P 1 >> P ,所以，在最高液位时，负压室的压力也远大于正压室的压力，使仪表输出仍小于实际液面所对应的仪表输出。

这样就破坏了变送器输出与
液位之间的正常关系。

为了使仪表输出和实际液面相对应，就必须把负压室引压管线这段H液柱产生的
静压力P IgH消除掉，要想消除这个静压力，就要调校差压变送器，也就是对差压变送器进行负迁移，
P 1gH这个静压力叫做迁移量。

{7f~H
图
22负迁移原理图
调校差压变送器时，变送器负压室接输入信号，正压室通大气。

假设仪表的量程为
P 1gH=30kPa ,调校时，负压室加压 30kPa ,调整差压变送器零点旋钮，使其输出为
4mA 之后，负压室
不加压，调整差压变送器量程旋钮，直至输出为
20mA 中间三点按等刻度校验。

输入与输出的关系见
量程C%) 0 26
60
IOO 输入(kPa) -30 -22. 5
-15 -7.5 0 输出(JlIA)
4
8
12
16
20
表
当液面由空液面升至满液面时，变送器差压由
Δ P=-30kPa 变化至Δ P=OkPa,输出电流值由4mA 变
为 20mA
3、正迁移
在实际测量中，变送器的安装位置往往与最低液位不在同一水平面上, 容器，差压变送器的位置比最低液位低
h 距离，Δ P=P = P gH+ρ gh 。

当H=O 时，Δ P=P gh ，在差压变送器正压室存在一静压力，使其输出大于
4mA
当H=HmaX 时，Δ P=P gH+ρ gh ，变送器输出也远大于 20mA 因此，也必须把P gh 这段静压力消除 掉，这就是正迁移。

调校时，变送器正压室接输入信号，负压室通大气。

假设仪表量程仍为 30kPa ，迁移量P gh=30kPa ° 输入与输出的关系见表
2。

重程(%) 0 25 50 75
IOO
输入(kPa) +30 +37.5 +45 ÷5Ξ.5 -⅛o 输出C n A)
4
3
12
IS
20
表其进行调校。

30kPa ,迁移量 如图2.3所示。

容器为敞口
如果现场所选用的差压变送器属智能型，能够与
HART 手操器进行通讯协议，可以直接用手操器对
图2.3正迁移原理图
三、带迁移的差压变送器故障分析
1、正迁移故障
判断正迁移的差压变送器在现场使用过程中测量是否准确，首先应关闭差压变送器三阀组的正、负压测量室，打开平衡阀及仪表放空堵头，此时仪表输出应低于4mA如果输出不低于4mA可能是正压
室引线或三阀组有些堵。

其次，关闭正压室取压点，打开放空开关，这时输出应为4mA如果输出低于
4mA可能是迁移量变小或零位偏低；若灌有隔离液，可能是隔离液没有灌满或从旁处漏掉；如果输出高于4mA说明迁移量变大或零位偏高。

2、负迁移故障
判断负迁移的差压变送器在现场使用过程中测量是否准确，首先关闭差压变送器三阀组的正、负压测量室，打开平衡阀及仪表放空堵头，仪表输出应为20mA其次，关闭正、负压室取压点，打开放空
开关，此时，仪表输出应为4mA如果不为20mA或4mA应检查正、负压室引线是否堵，迁移量是否改变，零位是否准确，隔离液是否流失等。

结语：液位的准确控制是生产装置稳定运行的前提保证，只有掌握了差压变送器测液面迁移的原理，
才能在实际应用中灵活运用，及时准确的处理现场仪表出现的故障，以及对控制方案进行改进。