差壓變送器

耐震壓力表、 一體化數(shù)顯溫度變送器、 一體化溫度變送器、 數(shù)顯壓力表、 高溫壓力變送器、 PM10壓力變送器、 小巧型壓力變送器; 2088擴(kuò)散硅壓力變送器; 高靜壓差壓變送器; 熱電偶溫度計(jì)智能微差壓變送器; 微差壓變送器

絕壓變送器的結(jié)構(gòu)原理以及零點(diǎn)調(diào)整與分析

作時(shí)間:2019-03-29  來源:  作者:
   

 摘 要 shou先分析了絕壓變送器的結(jié)構(gòu)原理、使用環(huán)境、人為調(diào)試等方面影響產(chǎn)生零位漂移的現(xiàn)象;然后研究了不同量程的絕壓變送器在進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整時(shí)產(chǎn)生的線性誤差;#后,針對小量程絕壓變送器校準(zhǔn)過程中由于設(shè)備真空度不足造成的線性差問題,提出了采用“分子泵 - 機(jī)械泵”雙級泵真空系統(tǒng)來進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整的方法。9XD壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
 引言
        壓力變送器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號或電動(dòng)信號進(jìn)行控制和遠(yuǎn)傳的設(shè)備。它能感受壓力并將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓚魉偷臉?biāo)準(zhǔn)輸出信號,如 4 ~ 20 mA 電流信號或 1~5 V 電壓信號。壓力變送器因其具有工作可靠、準(zhǔn)確度等級高、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)和測量信號傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)現(xiàn)場得到了廣泛的使用。壓力變送器根據(jù)壓力類型可以分為表壓變送器、差壓變送器和絕壓變送器。
 
        表壓力是指高于大氣壓的覺對壓力與大氣壓之差,或者相對將大氣壓作為零壓力就稱為表壓力。一般壓力儀表,若無特殊裝置,其零點(diǎn)壓力實(shí)際就是當(dāng)時(shí)的大氣壓,表壓力常用 pg 表示。差壓是指兩個(gè)壓力之間的差值,或者是以大氣壓力以外的任意壓力作為零點(diǎn)所表示的壓力,用 pd表示。
 
        覺對壓力(簡稱絕壓)是相對于覺對真空所測得的壓力,即從完全的零壓力開始所測得的壓力。它是液體、氣體或蒸汽所處空間的全部壓力,也叫不帶條件起算的全壓力。一般用 pa 或者 abs 表示覺對壓力。
 
        從結(jié)構(gòu)上來說,表壓和差壓變送器的低壓室膜片直接與大氣接觸,處于大氣壓環(huán)境時(shí)即為其壓力零點(diǎn)。輸出信號為 4~20 mA 的表壓或差壓變送器在大氣壓環(huán)境中的理論輸出電流值(簡稱理論輸出值)為 4 mA。該類變送器在校準(zhǔn)過程中若出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,可利用調(diào)整工具在大氣壓環(huán)境下直接對其進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。對于輸出信號為 4~20 mA 的絕壓變送器,其在真空狀態(tài)下的理論輸出值才為 4 mA,而現(xiàn)實(shí)條件下完全真空是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此,在實(shí)際校準(zhǔn)過程中對絕壓變送器進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整時(shí),應(yīng)該考慮系統(tǒng)真空度對其零點(diǎn)產(chǎn)生的影響。
 
1 絕壓變送器的零位漂移
        在分析歷年來客戶送檢變送器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn),相對于表壓與差壓變送器,絕壓變送器更容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移,有的甚至在周期檢定時(shí)輸出值已嚴(yán)重超差。例如,分析某核電公司每年周期送檢的大量 ROSEMOUNT 的 3051 系列變送器數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn),對于該系列的表壓和差壓變送器,其周期穩(wěn)定性較好,零位漂移較小,測量誤差與回程誤差均在允許范圍內(nèi);而反觀該系列的絕壓變送器,往往零位漂移嚴(yán)重,偏差較大。分析其原因,主要有以下幾點(diǎn):
 
        1)測量原理與結(jié)構(gòu)方面,3051 系列的壓力變送器工作時(shí),介質(zhì)壓力通過變送器高、低側(cè)的隔離膜片和灌充油傳遞到 δ 室中心的測量膜片,該測量膜片是一張緊的彈性元件,用于檢測作用在測量膜片上的差壓。測量膜片的位移與差壓成正比。測量膜片的位置由它兩側(cè)的電容固定極板通過直接數(shù)字電容電路檢測出來,如圖 1 所示。
 
        對于表壓和差壓變送器,大氣壓如同時(shí)施壓在傳感膜片的低壓側(cè),在高壓側(cè)無壓力作用下,膜片兩端為對稱結(jié)構(gòu),容易實(shí)現(xiàn)壓力平衡。但是,對于絕壓變送器,其低壓側(cè)始終保持一個(gè)參考壓力(即高真空基準(zhǔn)室),這樣傳感器膜片兩端為非對稱結(jié)構(gòu),也就是無論參考腔體漏氣還是材料變形等因素均會(huì)導(dǎo)致零位變動(dòng),即發(fā)生零位漂移。
變送器敏感元件圖
2)使用現(xiàn)場環(huán)境影響
        絕壓變送器的穩(wěn)定性受溫度影響較大。例如,核工廠內(nèi)的冷卻水管道上使用的變送器,往往接觸介質(zhì)的溫度可達(dá) 100 ℃。當(dāng)這些絕壓變送器在高溫、真空狀態(tài)下工作時(shí),腔體內(nèi)的隔離膜片因真空而外鼓,于是密封系統(tǒng)內(nèi)的壓力降低,填充液黏度隨著下降,從而導(dǎo)致硅油的揮發(fā)性增強(qiáng),沸點(diǎn)降低,熱膨脹性增強(qiáng),出現(xiàn)硅油部分氣化、體積膨脹,使隔離膜片變形,進(jìn)而產(chǎn)生零位漂移。而當(dāng)這些儀表送進(jìn)計(jì)量實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行周期檢定時(shí),應(yīng)在 JJG 882-2004《壓力變送器》檢定規(guī)程中規(guī)定的環(huán)境條件進(jìn)行計(jì)量檢定,并應(yīng)按照檢定規(guī)程的要求對變送器的零點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。
 
3)使用人員的錯(cuò)誤調(diào)整
        本院每年都會(huì)接收到數(shù)百臺送檢的絕壓變送器,其中,有些企業(yè)的一批量絕壓變送器均出現(xiàn)示值超差現(xiàn)象,究其原因發(fā)現(xiàn),該企業(yè)儀表檢修人員在檢修絕壓變送器時(shí)常常會(huì)發(fā)生調(diào)整錯(cuò)誤。例如,某單位送檢的一批 3051 系列 10 MPa 量程、4~20 mA 輸出的絕壓變送器,其在“真空狀態(tài)”(即計(jì)量設(shè)備所能達(dá)到的#大真空度)下的實(shí)際輸出電流值(簡稱“實(shí)際輸出值”)均比理論輸出值小。分析原因發(fā)現(xiàn),10 MPa 量程的絕壓變送器在大氣壓環(huán)境下(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為 101.321 kPa)的理論輸出值為 4.162 mA,接近于 4 mA,這時(shí),很多檢修人員會(huì)誤把這批變送器當(dāng)作表壓變送器處理,在大氣壓環(huán)境下直接對其進(jìn)行清零操作而導(dǎo)致這些變送器在“真空狀態(tài)”的實(shí)際輸出值會(huì)低于理論輸出值。相對“零點(diǎn)”調(diào)整的誤操作,有些企業(yè)常常會(huì)對絕壓變送器的滿量程進(jìn)行錯(cuò)誤調(diào)整。例如,量程為 0~100 kPa、4~20 mA 輸出的絕壓變送器,其在 100 kPa 絕壓下的理論輸出值應(yīng)為 20 mA,若在當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?102 kPa 時(shí),其理論輸出電流應(yīng)為 20.32 mA。當(dāng)檢修人員發(fā)現(xiàn)這些變送器的輸出電流高于 20 mA 時(shí),會(huì)誤在大氣壓狀態(tài)下對該表進(jìn)行滿量程電流調(diào)整,致使該變送器量程擴(kuò)大,也對其零位電流產(chǎn)生了影響。
 
2 絕壓變送器校準(zhǔn)過程中的零點(diǎn)調(diào)整
        目前,對絕壓變送器采用壓力控制器配合機(jī)械泵的方法進(jìn)行檢定與校準(zhǔn),見圖 2 所示。
壓力變送器校準(zhǔn)系統(tǒng)
        采 用 FLUKE PPC4 壓 力 控 制 器 作 為 壓 力 標(biāo) 準(zhǔn)器,其量程為 0~110 kPa,#大允許誤差為 ±0.01%。機(jī)械泵采用 EDWARDS 的 RV5 系列,極限壓力為 3 Pa。在使用該套設(shè)備對絕壓變送器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)時(shí)發(fā)現(xiàn),由于各連接管路線路較長且無法實(shí)現(xiàn)線路的完全密封,實(shí)際使用過程中系統(tǒng)極限壓力僅能穩(wěn)定在絕壓 50 Pa 左右。
 
        在對壓力變送器進(jìn)行測量誤差項(xiàng)目的校準(zhǔn)時(shí),依據(jù) JJG 882-2004 中 6.2.3.3 條的規(guī)定進(jìn)行操作:檢定前,用改變輸入壓力的辦法對輸出下限值和上限值進(jìn)行調(diào)整,使其與理論的下限值和上限值一致。一般可以通過調(diào)整“零點(diǎn)”和“滿量程”來完成。由于設(shè)備的局限性,日常檢定校準(zhǔn)工作中,只能以50 kPa 真空度作為絕壓零位對絕壓變送器進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。在對一系列不同量程的絕壓變送器調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn):按照同樣方法調(diào)校大量程絕壓變送器(一般指絕壓變送器量程大于大氣壓)#終測量誤差滿足準(zhǔn)確度要求,線性合乎標(biāo)準(zhǔn)。但是對于小量程絕壓變送器(一般指絕壓變送器量程小于大氣壓),其線性與準(zhǔn)確度往往不符合要求。分析原因可以發(fā)現(xiàn),對于大量程絕壓變送器,如對準(zhǔn)確度等級 0.1 級、測量范圍 0~100 kPa 的絕壓變送器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),當(dāng)系統(tǒng)抽到真空 50 Pa 時(shí),此時(shí)該絕壓變送器理論輸出電流為 4.008 mA,如以此為絕壓零位,將絕壓變送器輸出值調(diào)整為 4 mA,再加壓至絕壓 100 kPa,將輸出值調(diào)整為 20 mA。調(diào)校成功后依據(jù)檢定規(guī)程對其輸出值進(jìn)行校準(zhǔn),發(fā)現(xiàn)測量誤差和線性均符合要求。分析可知,對于 0.1 級,測量范圍為 0 ~ 100 kPa、輸出值為 4 ~ 20 mA 的絕壓變送器,其輸出的#大允許誤差為 0.016 mA。
 
        在使用真空系統(tǒng)對其進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整時(shí),舍去的 0.008 mA在其誤差允許范圍內(nèi),因此,以絕壓 50 Pa 為絕壓零位調(diào)零,不會(huì)對其線性產(chǎn)生影響。但是,對于小量程絕壓變送器,如對準(zhǔn)確度等級 0.1 級、測量范圍為 0 ~ 40 kPa abs 的絕壓變送器進(jìn)行檢定時(shí),當(dāng)壓力穩(wěn)定在絕壓 50 Pa 時(shí),絕壓變送器理論輸出值為4.020 mA,該電流值大于絕壓變送器的#大允許誤差值 0.016 mA。因此,調(diào)零舍去的電流值會(huì)對其測量誤差造成影響,導(dǎo)致絕壓變送器測量誤差超差。另外,JJG 882-2004 中 6.2.3.3 條規(guī)定,絕壓變送器的零點(diǎn)覺對壓力應(yīng)盡可能小,由此引起的誤差應(yīng)不超過允許誤差的 1/20~1/10。對于 4 ~ 20 mA 輸出的 0.1 級絕壓變送器,其允許誤差為 ±0.016 mA,按照該條規(guī)定,零點(diǎn)覺對壓力引起的誤差應(yīng)不超過±(0.000 8~0.001 6)mA,而對于目前實(shí)驗(yàn)室使用的校準(zhǔn)系統(tǒng),其 50 Pa 的極限真空度所引起的誤差已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)程規(guī)定的絕壓變送器的零點(diǎn)覺對壓力誤差要求。因此,想要使用該系統(tǒng)對絕壓變送器零點(diǎn)調(diào)整,必須進(jìn)行改進(jìn)。
 
3 解決辦法
        為保證絕壓變送器的零點(diǎn)覺對壓力盡可能小,一種方法是使用真空泵對變送器進(jìn)行直接抽壓,如圖 3 所示
機(jī)械泵抽真空法
        該方法可以避免氣路過長和控制器等產(chǎn)生的泄露對機(jī)械泵真空度的影響,使用機(jī)械泵對絕壓變送器直接抽壓。輸出電流恒定不變時(shí),可認(rèn)為此時(shí)壓力穩(wěn)定在了真空泵的極限壓力處,可以進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。該方法避免了系統(tǒng)不必要的泄漏對真空度的影響,但由于系統(tǒng)連接管路細(xì)且短,其真空度難以穩(wěn)定,且無法顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)真空值,因此,實(shí)際校準(zhǔn)過程中無法使用該方法。
 
        為了保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定在較小的真空度并可以實(shí)時(shí)顯示,在結(jié)合真空校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,提出使用“分子泵 - 機(jī)械泵”雙級泵真空系統(tǒng)來實(shí)驗(yàn)絕壓變送器的零點(diǎn)調(diào)整與低值讀取。具體設(shè)計(jì)原理如圖 4 所示。
分子泵、機(jī)械泵機(jī)組
        被檢絕壓變送器安裝完畢后,進(jìn)行抽真空操作,開啟機(jī)械泵及相應(yīng)閥門,低真空計(jì)顯示 20 Pa 以下后,打開電磁閥,啟動(dòng)分子泵;低真空計(jì)顯示 0.1 Pa 以下時(shí)開啟高真空計(jì)查看真空度; 該設(shè)備結(jié)合真空計(jì)量的方法,可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械泵與分子泵的轉(zhuǎn)換,并實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)真空度,采用薄膜真空計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器,可以通過校準(zhǔn)溯源至真空標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而完成低真空度下絕壓變送器的零點(diǎn)調(diào)整。
 
4 結(jié)語
        絕壓變送器在實(shí)際使用過程中,由于環(huán)境因素、人為因素等影響,往往會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。因此,當(dāng)絕壓變送器送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),常常需要零點(diǎn)調(diào)整。本文在目前使用的壓力變送器校準(zhǔn)裝置基礎(chǔ)上,分析了不同量程下絕壓變送器因零點(diǎn)調(diào)整產(chǎn)生的線性誤差影響。#后針對小量程絕壓變送器,提出了一種使用“分子泵 - 機(jī)械泵”雙級泵真空系統(tǒng)來進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整的方法,取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。
注明,三暢儀表文章均為原創(chuàng),轉(zhuǎn)載請標(biāo)明本文地址

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