双法兰液位变送器检定装置的研发与制造

张翼飞 谢秀飞 / 中国海洋石油集团有限公司计量检测中心

0 引言

双法兰液位变送器主要用于过程测量，其体积较小安装方便。双法兰液位变送器的检定工作通常采用离线检定，既节约了能源又提高了效率，方便快捷。

1 双法兰液位变送器的原理及安装方式

液位变送器是工业过程测量和控制系统中用以指示和控制液位的仪表。双法兰液位变送器属于差压式压力变送器，其通过测量介质差压值再按照帕斯卡定律得到液位高度，主要用于测量带压容器内的液体高度。

双法兰液位变送器一般安装在带压容器上，安装方式为侧装，如图1所示。安装时应保证双法兰液位变送器的法兰及变送器表头的垂直度，否则会引起测量误差。双法兰液位变送器的下法兰为正压侧，安装在罐体下侧与液体介质接触。双法兰液位变送器的上法兰为负压侧，安装在罐体上侧与气体介质接触。假设双法兰液位变送器下法兰感应到的压力的P2，P2=P0+P。双法兰液位变送器上法兰感应到的压力为P0，那么双法兰液位变送器输出的差压值为 ΔP=P2-P0=P。

式中：P2——双法兰液位变送器下法兰感应到的压力；

P0——罐体上侧气体介质压力；

P——液体介质静压力

因此，双法兰液位变送器输出的差压值即表征了液体高度。所以根据帕斯卡定律可知同种密度的液体在同一深度，液体向各个方向的压强都相等。双法兰液位变送器就是根据这一原理测量到的差压值来推算介质高度的。其公式为

式中：H——双法兰液位变送器所测液体介质高度；

P——液体介质静压力；

ρ——液体介质的密度；

g——重力加速度

图1 双法兰液位变送器的安装方式

2 双法兰液位变送器的检定方法比较和选择

2.1 方法一：传统的检定方法

传统的检定方法就是根据JJG 882-2015《压力变送器》的相关要求，按照附录A中连接方式进行标准器及双法兰液位变送器的安装与连接，如图2所示。连接好后按照规程要求进行检定。

该方式是将双法兰液位变送器下法兰安装于被检表位置，上法兰与大气连通，调节介质流量按照规程对各检定点进行检定。同时记录各检定点数据，并进行误差等数据处理。

图2 检定系统连接

要特别注意的是该方法安装方式与实际安装方式完全不同。由于毛细管中充满了压力传导介质，因此用该方法检定完成后的双法兰液位变送器一旦安装到设备上其输出差压值会改变。还要在现场安装后对其进行二次检定。

2.2 方法二：用专用设备的检定方法

方法一的传统检定方法是将两个法兰水平放置于桌面上进行校验。在此过程中，法兰面水平放置。以人工手扶的方式保持法兰静止，两个法兰无规定的高度差。整个检定过程繁琐，不仅安全性较差，对于人力及物力要求较高，导致其工作效率及安全性较低。上述检定方法存在以下问题：

1）双法兰液位变送器的两个法兰在检定规程中往往需要人工手扶的方式，无有效的固定措施，检定中会带来压力波动，影响检定工作；

2） 双法兰液位变送器的两个法兰在同一水平面，未按照实际安装方式使两个法兰达到规定高度。

为了解决双法兰液位变送器的安装及离线检定问题，自行研制了一套装置（如图3）来完成双法兰液位变送器的离线检定问题。此装置已获得国家专利，专利号：ZL201820974816.8。

图3 双法兰液位变送器检定装置

2.3 两种方法的比较和选择

从以下几个方面对两种方法进行比较：（1）复杂程度。对于不同大小法兰的双法兰液位变送器方法一必须准备n个法兰来适应双法兰液位变送器的法兰安装，设备及连接等较复杂；（2）操作性。方法一操作复杂，方法二设备规范、体积小、可操作性强；（3）安全性。方法一造成膜片损坏的危险性较大。方法二只需要将双法兰液位变送器的两个法兰安装好就可以完成检定工作；（4）经济性。方法一成本高，双法兰液位变送器在实验室完成检定后，由于检定时的安装方式与实际现场安装方式不同，造成了双法兰液位变送器现场安装后要进行适合现场安装方式的二次检定。方法二设备完全模拟现场安装条件，一次检定即可，现场安装后可直接使用。

从以上比较可知，方法二更适合工作需要。

3 双法兰液位变送器安装装置

如图4所示为双法兰液位变送器的安装装置，主要分三部分：机架、安装台、上法兰安装板。

图4 双法兰液位变送器检定装置

3.1 机架的设计

机架包括一个梯形机座，用于各零部件支撑。为了使整个装置处于水平位置，在机座下部设置了调平螺杆。机座上部还设置有两个轴承，两个轴承的轴心在同一直线上。其作用就是将安装台安装在机座上，该装置是将螺杆穿过轴承旋入安装台侧面螺纹中使安装台安装在机座上的。此时安装台可以以轴承轴心做旋转运动，从而可以达到水平和垂直位置。为了使安装台在水平位置和垂直位置均可以固定不动，机座上设置了与安装台同轴的水平定位孔和垂直定位孔。双法兰液位变送器法兰在水平位置时方便安装，因此可以用水平定位销插入水平定位孔将安装台固定在水平位置。当双法兰液位变送器安装好后，拔出水平定位销转动安装台至垂直位置，然后将垂直定位销插入垂直定位孔就可以将安装台固定在垂直位置。此时就可以按照检定规程进行检定了。

3.2 安装台的设计

为了双法兰液位变送器方便安装，设置了安装台。下法兰安装位置检定时需要进压，因此设计了检定孔。为了适应不同大小的法兰，该装置设置了下法兰定位槽。将双法兰液位变送器的下法兰放置在下法兰安装位置，然后将下法兰压杆放置在双法兰液位变送器下法兰的合适位置上，用螺杆螺母就可以很好地将下法兰通过下法兰压杆紧固在安装台上。为了双法兰液位变送器的上法兰安装以及上下法兰距离的调整，在安装台上设置了上法兰位置调整槽。上法兰安装板可以自由地在上法兰位置调整槽的不同位置固定安装。

3.3 上法兰安装板的设计

为了可以将双法兰液位变送器的上法兰固定安装在安装台上，设计了上法兰安装板。为了适合不同大小的上法兰，在上法兰安装板上设计了一个足够长的上法兰定位槽。通过螺杆螺母将上法兰安装到上法兰安装板上后，将整个上法兰安装板整体一起安装到安装台上。具体实施就是把螺杆穿过上法兰安装板螺栓孔和上法兰定位槽紧固即可。

3.4 双法兰液位变送器的安装过程

第一步：用水平定位销将安装板固定于水平位置；

第二步：将下法兰固定在下法兰位置上，将上法兰先安装在上法兰安装板上，再整体安装在安装台上。此时应注意两个法兰之间的距离应保持正确；

第三步：拔出水平定位销，转动安装台至垂直位置，用垂直定位销将安装台固定在垂直位置；

第四步：连接气源至检定孔，按照检定规程的具体要求操作，记录数据，完成检定。

3.5 测量结果与验证

以厂家 YOKOGAWA 0.2 级，量程为 0～3 500 mmH2O双法兰液位变送器为例，实验数据对比结果如表1所示。

实验结果表明，使用双法兰液位变送器校验装置在检定双法兰液位变送器时最大误差为5 mmH2O，小于最大允许误差±7 mmH2O，该装置比现场测量数据更加准确，工作效率大大提高。

表1 实验数据对比

4 结语

综上所述，本文提及的双法兰液位变送器的检定方法是较为全面且符合实际的。