远传法兰变送器充灌液对仪表性能的影响

曹长青，王新辉

兰州石油化工公司仪表厂，甘肃 兰州 730060

0 引言

法兰变送器主要应用于现场工艺条件多样化和特殊限制的场合，如介质温度超过变送器的规定范围，使之不能直接安装；介质的粘度高，会阻塞变送器的测量元件和引压部件；介质不均匀并具有纤维化；介质趋向于聚化或晶体化；过程本身对测量点的清洁度有要求；介质会冷凝，一般差压、压力变送器无法实现信号的测量，必须采用法兰远传变送器进行测量。本文分析了填充液介质的选择以及充灌量对法兰变送器温度特性的影响。

1 充灌液对仪表性能的影响

远传法兰变送器的压力信号采集由远传密封系统完成，压力通过远传系统内的填充介质传递到检测器，填充液由于环境温度的变化而发生膨胀或者收缩，则会出现与温度有关的测量误差。测量误差的大小影响变送器实际测量的准确程度。

2 充灌液影响仪表性能的分析

2.1 填充液介质的选择

原则：1）满足过程对压力和温度要求；2）必须与过程介质兼容；3）粘度较小，膨胀系数较小。

根据不同的使用环境和使用场合，法兰部分所使用的充灌液也是不同的，如表1列出了几种较常见的填充液：

表1 硅油特性

2.2 充灌量对法兰远传变送器温度特性的影响

2.2.1 影响温度附加误差因素的分析

如果远传密封和毛细管中的填充液由于温度的影响而发生膨胀或者收缩，则会出现与温度有关的测量误差。与温度有关的误差取决于膜片的刚度、远传密封膜片下填充液的影响以及过程法兰下填充液的影响和变送器连接套管中填充液的影响。

1）膜片的刚度

远传密封膜片的刚度是影响法兰变送器性能的主要因素之一，膜片的刚度由其材质、直径及厚度决定。膜片受填充液随温度变化的影响与膜片的厚度和直径有关，具体说，膜片受填充液随温度变化的影响与膜片的抗形变能力有关。

2）填充液

当温度发生变化时，所有的填充液在远传密封系统内都会膨胀或收缩，都会产生附加的温度误差，填充液的膨胀系数越小，产生的与温度有关的误差就越小。因此，选择合适的填充液，可以减少与温度有关的误差。

2.2.2 温度附加误差的确定

硅油具有非常稳定的物理特性，热胀冷缩引起的体积变化可以近似地认为是线性的，在定量容积的容器内，硅油热胀冷缩而产生的压力变化可以近似为：

其中，K2为一只与容器物理参数有关的常数，dp为硅油膨胀引起的压力变化，ΔV为硅油的体积变化量。

式中

其中，ΔT为硅油温度变化量，ω为硅油膨胀系数，V为硅油体积。

将式（1）代入式（2）可得

由上式可以看出，在法兰变送器型号确定后，也就是当确定料法兰变送器的各部分体积V和ω后，其膨胀产生的压力只与温度变化有关。

2.2.3 远传密封温度附加误差分析

远传密封的温度误差主要是由硅油膨胀的压力引起隔离膜片形变而产生的，隔离膜片的刚性决定了形变的大小。隔离膜片的厚度和直径决定了其刚性的大小，膜片越薄，其刚性越小，越容易引起形变，也就是说其抵抗弹性形变的能力越差，可以用下式表示抵抗形变的能力E。

其中，δ为膜片厚度，m为膜片质量，d为膜片直径，K3为常数。

根据m＝ρ v可算得膜片的质量

将式（2）代入式（1）可得

由上式可看出毛细管的温度附加误差主要决定于毛细管的内径，毛细管的长度和温度变化大小。

对上述温度附加误差与充灌量试验数据分析可以得出：

充灌量的多少对法兰变送器的温度附加误差有较大的影响，充灌量偏多，则法兰变送器在温度较高的环境中工作时，其温度附加误差会增加；充灌量偏少，则法兰变送器在温度较高的环境中工作时，其温度附加误差会增加。

3 结论

远传法兰变送器最主要的温度附加误差来源于远传部分，远传部分的部件由不锈钢材料制成的，不锈钢受环境温度的影响很小，可以忽略：而毛细管内的硅油受温度的影响变化非常的大，是产生温度附加误差最大的因素。受温度的影响，毛细管和膜下容量的硅油产生变化，对仪表性能的影响主要有以下几点：

1）同种型号规格的远传法兰变送器充灌不同类别、型号的填充液时，变送器的性能有着显著的差异（如工作环境、响应时间、温度附加误差等）；

2）单向、静压是检验变送器的设计制造是否合理、工艺流程是否正确、承载能力恢复能力、填充液的充灌量是否合适的有效方法；

3）充灌量偏多或者偏少都将使变送器在高温时的温度附加误差增大。如果充灌的硅油太少在低温时变送器的信号输出无变化或者在还未显示到正确示值时就不再变化；

4）充灌的硅油中不允许存在气泡或者水分。（1）存在气泡时，会使变送器在高温时温度附加误差将增大；（2）存在水分时，会使变送器在零度以下温度附加误差增大甚至毛细管堵塞不能正确输出信号；（3）两种情况都存在时不但会出现上述两种情形，还会影响仪表温度、精度等特性指标，而且能够造成仪表的零点漂移。