Wissen || Differenzdrucksender zur Messung der Flüssigkeitsstufe

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Differenzdrucksender sind eine sehr häufig vorkommende Art von Messtechnikgeräten im Bereich der industriellen Produktion. Sie dienen hauptsächlich dazu, den Druck von Flüssigkeiten sowie weitere physikalische Parameter wie die Flüssigkeitshöhe zu messen. Dazu gehören unter anderem Füllstandsmesser, Füllstandssender, kapazitivische Füllstandsmesser, kapazitivische Füllstandssender, Füllstandsschalter, Ultraschall-Füllstandsschalter sowie Geräte zur Messung des Durchflusses. Derzeit wird der Differenzdrucksender in Industrieanlagen zur Automatisierung der Produktion immer häufiger eingesetzt. Doch als allgemein einsetzbares Messgerät kann er auch häufig Ausfälle aufweisen. Wenn im Produktionsprozess Probleme auftreten, müssen diese umgehend behoben werden. Andernfalls wird dies sicherlich die reibungslose Fortführung der Produktion beeinträchtigen. In einigen Fällen können sogar ernsthafte Ausfälle die persönliche Sicherheit gefährden. Dieser Artikel bietet auf der Grundlage der langjährigen Erfahrung von Runzhong Instrument Technology Co., Ltd. eine kurze Betrachtung der Anwendung von Differenzdrucksendern bei der Messung von Flüssigkeitsständen. I. Funktionsprinzip des Differenzdrucksenders
Differenzdrucksender werden in der Regel zur Messung des Flüssigkeitsstands in geschlossenen Behältern eingesetzt. Dabei wird der Druckunterschied, der durch die Schwerkraft der Flüssigkeit entsteht, genutzt, um den Flüssigkeitsstand im Behälter zu bestimmen. Der Messrohr auf der Hochdruckseite (oben im Diagramm) ist aufgrund der Verdunstung von Dampf stets mit Wasser gefüllt, wodurch der Druck konstant bleibt. Das Messrohr auf der Niedrigdruckseite (unten im Diagramm) bildet zusammen mit dem Behälter eine Verbindung; sein Druck ändert sich linear mit der Flüssigkeitsmenge im Behälter. Sei △P das Differenzdrucksignal, das vom Sender empfangen wird. P0 ist der Druck im Inneren des Behälters, P+ ist der Druck auf der positiven Seite des Senders und P- ist der Druck auf der negativen Seite des Senders ； ρ ist die Dichte der Flüssigkeit im Behälter ； g ist die Erdbeschleunigung ； h1 ist die Höhe vom Prozessnullpunkt bis zum Druckmesspunkt an der Oberseite des Behälters ； h2 ist der Füllstand der Prozessflüssigkeit im Behälter ； h ist die Höhe vom Transmitter bis zum Nullpunkt des Prozessflüssigkeitsspiegels. Dann gilt:
P+ = P0 + ρgh1 + ρgh2
P− = P0 + ρgh1 + ρgh2
△P = P+ – P− = ρgh1 – ρgh2

Wenn sich der Flüssigkeitsspiegel von h2 = 0 auf h2 = h1 ändert, nimmt der von dem Differenzdrucksender gemessene Differenzdruck vom maximalen Wert auf ΔP = 0 ab. Durch Einstellung des Senders ändert sich außerdem die Ausgangsspannung von 4 mA auf 20 mA. II. Einstellung der Nullpunktlage des Transmitters Bei der Messung des Flüssigkeitsspiegels mit Differenzdrucktransmittern ist die Einstellung der Nullpunktlage ein äußerst wichtiger Schritt. Wenn die Hochdruckseite (H) und die Niedrigdruckseite (L) des Transmitters mit der Hochdruckseite sowie der Niedrigdruckseite des vor Ort befindlichen Messrohrs verbunden sind, bleibt die Leitrohrleitung auf der Hochdruckseite stets mit Wasser gefüllt. An der Hochdruckseite des Transmitters wird ein Druck von P + kPa gemessen. Die Niedrigdruckseite des Transmitters ist mit der Leitrohrleitung auf der Niedrigdruckseite verbunden; dort wird ein Druck von P – kPa gemessen. Der tatsächliche Differenzdruck, den der Transmitter misst, beträgt daher (P + – P –) kPa. Bei dem niedrigsten Stand des Flüssigkeitsspiegels im Behälter ist der Differenzdruck am größten. Dies entspricht dem innerhalb des Transmitters eingestellten Wert LRV – also der Nullposition des Transmitters. In diesem Fall liefert der Transmitter eine Ausgangsspannung von 4 mA. Bei dem höchsten Stand des Flüssigkeitsspiegels im Behälter beträgt der Differenzdruck 0. Dies entspricht dem innerhalb des Transmitters eingestellten Wert URV – also der Vollauslastung des Transmitters. In diesem Fall liefert der Transmitter eine Ausgangsspannung von 20 mA. Wenn die Hochdruckseite (H) und die Niedrigdruckseite (L) des Transmitters in entgegengesetzter Weise mit der Hochdruckseite und der Niedrigdruckseite des Messbehälters verbunden sind, muss die interne Einstellung des Transmitters geändert werden: Dabei wird der LRV des Transmitters auf (P–P+) kPa eingestellt – wobei dieser Wert negativ ist. Das bedeutet, unabhängig davon, wie der Transmitter mit den Drucksensoren verbunden ist, entspricht die Vollauslastung des Transmitters immer dem maximalen Füllstand des Messbehälters. Der Differenzdruck beträgt somit stets 0, wodurch die Vollauslastung des Transmitters bei 0 kPa liegt und die Ausgangsspannung 20 mA beträgt. Wenn die Hochdruckseite des Transmitters mit der Hochdruckseite des Druckleitungsrohrs verbunden ist, wird die Nullpunkt-Einstellung LRV des Transmitters auf den maximalen Differenzdruck gesetzt. Wenn die Hochdruckseite des Transmitters mit der Niedrigdruckseite des Druckleitungsrohrs verbunden ist, wird die Nullpunkt-Einstellung LRV des Transmitters auf das Negative des maximalen Differenzdrucks gesetzt. III. Anforderungen an die Installation des Differenzdrucksensors Um eine genaue Messung des Flüssigkeitsspiegels zu gewährleisten, ist es neben der richtigen Auswahl und Kalibrierung des Differenzdrucksensors notwendig, darauf zu achten, dass die gesamte Anlage ordnungsgemäß installiert wird. Der Anzeigewert des Transmitters spiegelt manchmal nicht die tatsächlichen Parameter des gemessenen Mediums wider, da das Messsystem selbst Fehler aufweist. Zu den Anforderungen an die Systeminstallation gehören der Standort der Druckmessanschlüsse, die richtige Verlegung der Anschlussleitungen sowie der Montageort des Transmitters. Zunächst muss sich die Druckmessstelle in einem Bereich befinden, in dem der Fluss des Fluids ruhig ist und es keine Wirbel gibt. Technisch muss es außerdem möglich sein, die gewünschten Prozessparameter zu messen. Zum Beispiel bei der Messung des Wasserspiegels im Dampfkessel mit einem Differenzdrucksensor: Der tatsächliche Wasserspiegel ist in der Längs- und Querrichtung des Kessels unterschiedlich verteilt. In der Längsrichtung ist der Wasserspiegel in der Mitte höher, während er an den Seiten niedriger ist ； Radial gesehen ist die Seite des Ablassrohrs, auf der es dichter ist, höher. Durch die Lage des Messpunkts des Wasserspiegelsensors im Kondensator einer Kraftwerks-Turbine in der Nähe des Eingangs der Kondensationspumpe kam es während des Betriebs der Pumpe zu einem Absinken des Wasserspiegels an dieser Stelle. Dadurch zeigte der Sensor einen deutlich zu niedrigen Wert an. Später wurde der Messpunkt weiter vom Eingang der Kondensationspumpe entfernt platziert. Dadurch stimmte der Wert des Sensors nun mit dem tatsächlichen Wasserspiegel überein, was eine sichere und stabile Funktionsweise des Kondensators gewährleistete. Zweitens ist der Differenzdruck, den der Differenzdrucksensor bei der Messung des Flüssigkeitsspiegels erfasst, relativ gering – in der Regel liegt er zwischen einigen kPa und 100 kPa. Daher hat das gesamte Messsystem einen großen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung. Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, muss der horizontale Abschnitt des Druckleitrohrs bei seiner Installation eine gewisse Neigung aufweisen – und zwar möglichst große. Dadurch wird verhindert, dass sich Flüssigkeit im Inneren des Druckleitrohrs ansammelt, was zu ungenauen Messungen führen könnte. Bei einem sehr kleinen Messbereich des Transmitters können dadurch Schwankungen in der Ausgabe des Transmitters entstehen. Außerdem sollten bei Inbetriebnahme des Transmitters die Blasen im Flüssigkeitskolben der Druckleitung so weit wie möglich entfernt werden. Diese angesammelten Gase können die Genauigkeit der Messungen beeinträchtigen. Man könnte auch in Betracht ziehen, eine Entlüftungsanlage an der höchsten Stelle der Krümmung im oberen Teil des Druckleitrohrs zu installieren. IV. Verschiebung der Nullpunktlage des Transmitters Bei der Messung des Flüssigkeitsspiegels mit einem Differenzdrucktransmitter ist es nicht notwendig, die Nullpunktlage zu verschieben, wenn sich die Druckkammern des Transmitters sowie die Messpunkte im Behälter auf derselben Höhe befinden. In der Praxis können die Transmitter aus Gründen wie der Lage der Geräte sowie der besseren Wartbarkeit nicht unbedingt auf derselben Höhe wie die Druckmesspunkte angeordnet werden ； Wenn das zu messende Medium zudem stark korrosiv oder sehr zähflüssig ist, kann es nicht direkt in den Transmitter eingeleitet werden. In diesem Fall muss ein Tank mit Trennflüssigkeit installiert werden, damit die Drucksignale über diese Trennflüssigkeit übertragen werden können – damit der Transmitter vor Korrosion geschützt wird. In diesem Fall muss man die Auswirkungen der Flüssigkeitssäule des Mediums und des Trennmittels auf die Messwerte des Transmitters berücksichtigen. Da die Montageposition des Transmitters oft nicht auf derselben Höhe wie der niedrigste Flüssigkeitsspiegel liegt, muss der Differenzdrucktransmitter technische Anpassungen vornehmen, nämlich eine Verschiebung, um die Höhe des Flüssigkeitsspiegels korrekt anzuzeigen. Migration wird in keine Migration, negative Migration und positive Migration unterteilt. Die sogenannte „Verschiebung“ des Transmitters bedeutet, dass der Messbereich des Transmitters bei unveränderter Spannungsrange verschoben wird. Wenn der Messpunkt in der Regel unter den Referenzpunkt „0“ verschoben wird, bezeichnet man das als negative Verschiebung ； Die Verschiebung des Messpunkts über den Referenzpunkt „0“ wird als positive Migration bezeichnet. Am Beispiel eines Differenzdrucksenders mit einem Messbereich von 30 kPa: Ohne Verschiebung beträgt der Messbereich 0–30 kPa. Bei einer positiven Verschiebung von 100 % liegt der Messbereich bei 30–60 kPa. Bei einer negativen Verschiebung von 100 % liegt der Messbereich bei –30–0 kPa. Bei einer negativen Verschiebung von 50 % liegt der Messbereich bei –15–+15 kPa. Bei der praktischen Anwendung wird zunächst das Messbereich des Differenzdrucksenders festgelegt. Nach der Kalibrierung wird entweder der Verschiebungsverschluss verwendet, um den Messanfangspunkt oder die Ausgangswerte am Ende des Messbereichs auf die entsprechende Position zu justieren, oder es werden die Verschiebungswerte direkt über das Bedienfeld eingegeben. Zum Beispiel: Wenn ein Differenzdruck von -30 bis 0 kPa gemessen werden soll, beträgt der Messbereich 30 kPa. Bei der Kalibrierung des Transmitters wird der Druck im negativen Raum auf 30 kPa erhöht. Anschließend wird der Nullpunkt des Differenzdrucktransmitters justiert, sodass eine Ausgangsspannung von 4 mA entsteht ； Anschließend wird der Vakuumraum nicht unter Druck gesetzt. Der Einstellknopf des Differenzdrucksensors wird so justiert, bis eine Ausgangsspannung von 20 mA erreicht wird. Falls ein Handbediener verwendet wird, sollte der LRV-Wert des Sensors auf -30 kPa und der URV-Wert auf 0 kPa eingestellt werden. Der Messbereich eines Differenzdrucksenders entspricht der Summe aus dem Messbereich und der Verschiebung, d.h. Messbereich = Messbereichsbereich + Verschiebung. Daher besteht die Essenz der positiven und negativen Migration darin, die oberen und unteren Grenzwerte des Messbereichs des Differenzdrucksenders zu ändern, wobei die Größe des Messbereichs unverändert bleibt. Auf der Grundlage des Prinzips der Messung von positiven und negativen Verschiebungen des Flüssigkeitsspiegels durch Differenzdrucksender kann in der Praxis die Methode zur Messung des Flüssigkeitsspiegels entsprechend den Einsatzbedingungen des Geräts, den Prozessbedingungen der Produktionsanlage sowie der Umgebungsbedingungen verbessert werden. Die kapazitiven Transmitter, die von Runzhong Instrument Technology Co., Ltd. hergestellt werden, zeichnen sich durch eine hohe Messgenauigkeit sowie eine einfache Einrichtung aus. Die Wahrscheinlichkeit von Fehlern am Transmitter selbst ist äußerst gering. Wenn nach einer gewissen Zeit Abweichungen in den Messwerten auftreten oder der Transmitter nicht mehr richtig funktioniert, liegen die Ursachen meist darin, dass die Druckleitungen auf der Hoch- oder Niederspannungsseite verstopft oder undicht sind, dass sich die Verschiebungen im Messwert ändern, dass es zu einer Verschiebung des Nullpunkts kommt oder dass das Isoliermittel verloren geht. Auch kann es vorkommen, dass der Transmitter in einem Unterdruckumfeld arbeitet und die Abdichtung des Messkreises nicht gut ist, wodurch Außengase in die Messleitung eindringen können. Wenn der Ausgangswert des Differenzdrucksensors zu hoch oder zu niedrig ist, kann die Druckleitung am Drehrührungsmodul abgetrennt werden, damit die negative Seite mit der Atmosphäre verbunden wird. Anschließend kann eine Handpumpe verwendet werden, um das Differenzdrussignal auf die positive Seite des Sensors zu leiten. Dabei sollte überprüft werden, ob der Ausgangswert des Sensors korrekt ist – das heißt, die Ausgangsspannung sollte zwischen 4 und 20 mA liegen, wobei der Fehler nicht mehr als 0,8 mA betragen darf. Wenn der Ausgangswert des Sensors korrekt ist, kann man davon ausgehen, dass es sich entweder um eine Verstopfung oder einen Leck in der Druckleitung handelt. (Baidu-Wenku)