变送器的迁移

第一部分

变送器的迁移指在量程（测量上限值 减 测量下限值）不变的前提下改变变送器的测量范围（测量上限值 与 测量下限值的区间）。
通常将迁移后测量范围向正（或大）方向改变时称正迁移，反之为负迁移。例如：一台量程为100，测量范围为0～100的变送器。正迁移100%后，量程仍为100，测量范围为100～200；负迁移100%后，量程仍为100，测量范围为 -100～0。
变送器进行正负迁移的目的，是消除变送器使用方式给测量系统带来的附加误差。

例如：压力变送器安装在远远低于测量位置时，进入引压管内的介质形成的液柱会始终给变送器一个压力，使变送器的测量结果变成 被测值加液柱值 ，这时对变送器进行正迁移，使测量起始值等于液柱值，就可以消除这种影响。

　　又如：差压变送器测量液位时，如果负压侧引压管有液柱，始终给变送器一个压力，使变送器的测量结果变成 被测值减液柱值 ，这时对变送器进行负迁移，使测量起始值等于液柱值，就可以消除这种影响。

第二部分

   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——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ymax与测量范围的上限值xmax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，由特性1到特性2的调整为量程增大调整。反之，由特性2到特性1的调整为量程减小调整。

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。零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值ymin与测量信号的下限值xmin相对应。在xmin=0时，为零点调整；在xmin≠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，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～186.8kPa，则当变送器高或低压引入口通O～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：

 

这样，如果使用量程为186.8kPa，零点正迁移量便是

即不能迁了。

但若使用量程为62.3kPa，则零点正迁移量便是

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0～186.8kPa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

。

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ρ，重力加速度为g，则ΔP= P+- P-=ρgh+P--P-=ρgh；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=0变为ΔP=ρghmax，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ρ1 。

当H=0时，P+=ρ1gh1 P-=ρ1g(H+h1)

         ΔP= P+- P-=-ρ1gH

当H=Hmax时，P+=ρ1gh1 +ρgH P-=ρ1g（H+h1）

           ΔP= P+-P-=ρgH-ρ1gH=(ρ-ρ1) gh

当H=0时，ΔP=-ρ1gH，在差压变送器的负压室存在一静压力ρ1gH，使差压变送器的输出小于4mA。当H=Hmax时，ΔP=(ρ-ρ1)gHmax，由于在实际工作中ρ1﹥﹥ρ，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ρ1gH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，ρ1gH这个静压力叫做迁移量。

图2.2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30kPa，迁移量ρ1gH=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表1。

当液面由空液面升至满液面时，变送器差压由ΔP=-30kPa变化至ΔP=0kPa，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，如图2.3所示。容器为敞口容器，差压变送器的位置比最低液位低h距离，ΔP=P =ρgH+ρgh。

当H=0时，ΔP=ρgh，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，ΔP=ρgH+ρgh，变送器输出也远大于20mA，因此，也必须把ρgh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ρgh=30kPa。输入与输出的关系见表2。

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其进行调校。

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。

为什么要对变送器进行零点迁移？

点迁移，即量程的起点进行正、负方向的迁移，以适应生产现场不同的需要，在实际生产应用中，迁移可分为无迁移、负迁移和正迁移三种。

零点迁移的概念

当输入处于范围下限值时，由于某些影响量引起的输出值的变化。当下限值不为零值时，亦称为始点迁移(偏移)。

以仪表的输入信号(被测量)相对于量程作为横坐标，以输出信号相对于信号范围作为纵坐标，则可以画出仪表的输入/输出特性曲线，设其为直线关系。特性曲线平移而曲线斜率不变称为零点迁移。

变送器的测量范围等于量程+迁移量，即测量范围=量程范围+迁移量。正迁移向正方向移动，负迁移向负方向移动，而且移动的距离为迁移量，因此，正、负迁移的实质是通过调校变送器、改变量程的上、下限值，而量程的大小不变。也可以这样记忆：当输入压力为零时（0%），输出电流信号也为零（0%），为无迁移；当输入压力为零时（0%），输出电流信号为正向，为负迁移；当输入压力为零时（0%），输出电流信号为负向，小于工作零点，为正迁移；

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。

工业生产中，常需要针对以下几种情况做零点迁移。

测量封闭容器液位的问题

用差压变送器测量封闭容器液位，如果气相介质容易冷凝，则进入变送器导压管及负压室的都是冷凝液，使负压室的液柱高度改变，而引起测量误差。所以一般都是在负压室上面的导管前安装一个平衡容器，并在平衡容器中装满冷凝液。对于测量有害、腐蚀介质，为防止介质进入变送器，也需要安装隔离器并使导压管中也充满隔离液。在上述两种测量中，由于冷凝液的存在，将使变送器负压室的信号大于正压室信号，将无法进行测量。如果反接变送器正、负引压口的方法是可以使用，但液面上升时变送器输出反而下降，这容易造成错觉，并且与控制系统的连接也不方便。

要解决以上问题，就要使用负迁移，使变送器零点由负差压开始，就可以满足使用要求了。

变送器低于取压点时的问题

一般变送器都安装在取压点的下方，导压管中全充满冷凝水。由于水柱静压力压力的影响，变送器的输出电流中包含了水柱的静压力，取压点与变送器的垂直距离越大，造成的误差也越大。测量开口容器液位时，如果变送器安装在容器下方的，由于被测介质液柱静压力的影响也会产生测量误差，其结果与上述是一样的。

要解决以上问题，就要使用正迁移，把变送器的输出值调至零（4mA），这样就等于减去液柱静压力值。正迁移后变送器的输出值就是实际的工作压力值了。

通过迁移压缩量程来提高测量精度

比如有台35t/h的工业锅炉，其用气量始终在25t/h以上，为了提高流量测量的精确度，可以考虑将显示仪表的测量范围更改为20~40t/h，变送器则通过正迁移压缩量程来与之配合。

已知：当任意质量流量为40t/h时，任意差压为60kPa，则可用以下方式来计算：

任意差压=（任意质量流量的平方/差压上限时的仪表质量流量的平方）×仪表的差压上限

根据计算结果，当任意质量流量为20t/h时，对应差压为15kPa；当任意质量流量为40t/h时，对应差压为60kPa；则此变送器的量程缩小为0~45kPa，进行正迁移，使变送器的测量范围为15~60kPa，对应的流量为20t/h~40t/h，这样提高了测量准确度。

比如在生产中某被测温度变化范围是500~600℃，如果选择量程为0~800℃，精度0.5级的温度变送器，则其最大的测量误差为±4℃。但是，如果用正迁移来压缩量程，选择400~800℃，精度相同的温度变送器，这时的最大测量误差为±2℃，迁移后提高了测量精度。要说明的是，只有部分温度变送器具有上述功能，所以在选型时应注意选择。

迁移量设置不当常会出现以下问题

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。

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。

以某炼油厂酮苯装置C－101液位控制系统为例，在对该厂酮苯装置中EJA智能双法兰变送器测量量程检查时，均发现变送器量程存在设计计算错误，对LICA-1201等变送器在DCS工程师站上检查它们的量程时，发现双法兰量程无迁移，计算修改量程后，仪表运行即正常。因此，只有按正确的计算方法及引用迁移量来进行计算才能保证仪表量程的准确。 

如何实现变送器的迁移？

一是在产品出厂前由厂家计算好迁移量以及我们提供给厂家最低液位值，让他们做好迁移计算后，标定量程的时候完成迁移；

二是用手操器完成迁移；

三是现场实际测量，在零点的位置给变送器迁移。

总之，生产现场中，由于测量参数及设备千变万化，对测量的要求各不相同，这就要求变送器具有迁移功能，并能方便用户在现场根据实际进行迁移，以适应生产上不同的测量需要。

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