曹長(zhǎng)青，王新輝

蘭州石油化工公司儀表廠，甘肅 蘭州 730060

0 引言

法蘭變送器主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)工藝條件多樣化和特殊限制的場(chǎng)合，如介質(zhì)溫度超過(guò)變送器的規(guī)定范圍，使之不能直接安裝；介質(zhì)的粘度高，會(huì)阻塞變送器的測(cè)量元件和引壓部件；介質(zhì)不均勻并具有纖維化；介質(zhì)趨向于聚化或晶體化；過(guò)程本身對(duì)測(cè)量點(diǎn)的清潔度有要求；介質(zhì)會(huì)冷凝，一般差壓、壓力變送器無(wú)法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的測(cè)量，必須采用法蘭遠(yuǎn)傳變送器進(jìn)行測(cè)量。本文分析了填充液介質(zhì)的選擇以及充灌量對(duì)法蘭變送器溫度特性的影響。

1 充灌液對(duì)儀表性能的影響

遠(yuǎn)傳法蘭變送器的壓力信號(hào)采集由遠(yuǎn)傳密封系統(tǒng)完成，壓力通過(guò)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)內(nèi)的填充介質(zhì)傳遞到檢測(cè)器，填充液由于環(huán)境溫度的變化而發(fā)生膨脹或者收縮，則會(huì)出現(xiàn)與溫度有關(guān)的測(cè)量誤差。測(cè)量誤差的大小影響變送器實(shí)際測(cè)量的準(zhǔn)確程度。

2 充灌液影響儀表性能的分析

2.1 填充液介質(zhì)的選擇

原則：1）滿足過(guò)程對(duì)壓力和溫度要求；2）必須與過(guò)程介質(zhì)兼容；3）粘度較小，膨脹系數(shù)較小。

根據(jù)不同的使用環(huán)境和使用場(chǎng)合，法蘭部分所使用的充灌液也是不同的，如表1列出了幾種較常見的填充液：

表1 硅油特性

2.2 充灌量對(duì)法蘭遠(yuǎn)傳變送器溫度特性的影響

2.2.1 影響溫度附加誤差因素的分析

如果遠(yuǎn)傳密封和毛細(xì)管中的填充液由于溫度的影響而發(fā)生膨脹或者收縮，則會(huì)出現(xiàn)與溫度有關(guān)的測(cè)量誤差。與溫度有關(guān)的誤差取決于膜片的剛度、遠(yuǎn)傳密封膜片下填充液的影響以及過(guò)程法蘭下填充液的影響和變送器連接套管中填充液的影響。

1）膜片的剛度

遠(yuǎn)傳密封膜片的剛度是影響法蘭變送器性能的主要因素之一，膜片的剛度由其材質(zhì)、直徑及厚度決定。膜片受填充液隨溫度變化的影響與膜片的厚度和直徑有關(guān)，具體說(shuō)，膜片受填充液隨溫度變化的影響與膜片的抗形變能力有關(guān)。

2）填充液

當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，所有的填充液在遠(yuǎn)傳密封系統(tǒng)內(nèi)都會(huì)膨脹或收縮，都會(huì)產(chǎn)生附加的溫度誤差，填充液的膨脹系數(shù)越小，產(chǎn)生的與溫度有關(guān)的誤差就越小。因此，選擇合適的填充液，可以減少與溫度有關(guān)的誤差。

2.2.2 溫度附加誤差的確定

硅油具有非常穩(wěn)定的物理特性，熱脹冷縮引起的體積變化可以近似地認(rèn)為是線性的，在定量容積的容器內(nèi)，硅油熱脹冷縮而產(chǎn)生的壓力變化可以近似為：

其中，K2為一只與容器物理參數(shù)有關(guān)的常數(shù)，dp為硅油膨脹引起的壓力變化，ΔV為硅油的體積變化量。

式中

其中，ΔT為硅油溫度變化量，ω為硅油膨脹系數(shù)，V為硅油體積。

將式（1）代入式（2）可得

由上式可以看出，在法蘭變送器型號(hào)確定后，也就是當(dāng)確定料法蘭變送器的各部分體積V和ω后，其膨脹產(chǎn)生的壓力只與溫度變化有關(guān)。

2.2.3 遠(yuǎn)傳密封溫度附加誤差分析

遠(yuǎn)傳密封的溫度誤差主要是由硅油膨脹的壓力引起隔離膜片形變而產(chǎn)生的，隔離膜片的剛性決定了形變的大小。隔離膜片的厚度和直徑?jīng)Q定了其剛性的大小，膜片越薄，其剛性越小，越容易引起形變，也就是說(shuō)其抵抗彈性形變的能力越差，可以用下式表示抵抗形變的能力E。

其中，δ為膜片厚度，m為膜片質(zhì)量，d為膜片直徑，K3為常數(shù)。

根據(jù)m＝ρ v可算得膜片的質(zhì)量

將式（2）代入式（1）可得

由上式可看出毛細(xì)管的溫度附加誤差主要決定于毛細(xì)管的內(nèi)徑，毛細(xì)管的長(zhǎng)度和溫度變化大小。

對(duì)上述溫度附加誤差與充灌量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得出：

充灌量的多少對(duì)法蘭變送器的溫度附加誤差有較大的影響，充灌量偏多，則法蘭變送器在溫度較高的環(huán)境中工作時(shí)，其溫度附加誤差會(huì)增加；充灌量偏少，則法蘭變送器在溫度較高的環(huán)境中工作時(shí)，其溫度附加誤差會(huì)增加。

3 結(jié)論

遠(yuǎn)傳法蘭變送器最主要的溫度附加誤差來(lái)源于遠(yuǎn)傳部分，遠(yuǎn)傳部分的部件由不銹鋼材料制成的，不銹鋼受環(huán)境溫度的影響很小，可以忽略：而毛細(xì)管內(nèi)的硅油受溫度的影響變化非常的大，是產(chǎn)生溫度附加誤差最大的因素。受溫度的影響，毛細(xì)管和膜下容量的硅油產(chǎn)生變化，對(duì)儀表性能的影響主要有以下幾點(diǎn)：

1）同種型號(hào)規(guī)格的遠(yuǎn)傳法蘭變送器充灌不同類別、型號(hào)的填充液時(shí)，變送器的性能有著顯著的差異（如工作環(huán)境、響應(yīng)時(shí)間、溫度附加誤差等）；

2）單向、靜壓是檢驗(yàn)變送器的設(shè)計(jì)制造是否合理、工藝流程是否正確、承載能力恢復(fù)能力、填充液的充灌量是否合適的有效方法；

3）充灌量偏多或者偏少都將使變送器在高溫時(shí)的溫度附加誤差增大。如果充灌的硅油太少在低溫時(shí)變送器的信號(hào)輸出無(wú)變化或者在還未顯示到正確示值時(shí)就不再變化；

4）充灌的硅油中不允許存在氣泡或者水分。（1）存在氣泡時(shí)，會(huì)使變送器在高溫時(shí)溫度附加誤差將增大；（2）存在水分時(shí)，會(huì)使變送器在零度以下溫度附加誤差增大甚至毛細(xì)管堵塞不能正確輸出信號(hào)；（3）兩種情況都存在時(shí)不但會(huì)出現(xiàn)上述兩種情形，還會(huì)影響儀表溫度、精度等特性指標(biāo)，而且能夠造成儀表的零點(diǎn)漂移。