利用差压变送器进行计量的相关问题分析与研究

 
　　１　引　言
差压变送器的使用在工业生产中是普遍存在的，随着生产中工艺要求越来越高，对于差压变送器的精确度要求也在提高，目前在差压变送器的计量和使用过程中，由于生产要求的提高速提高，出现了很多现实问题无法在现行的ＪＪＧ８８２－２００４《压力变送器检定规程》（以下简称《规程》）得到解释。比如高精度、小量程范围的差压变送器，零位输出如何确定，这在目前就是一个空白的有待研究的领域。为了解决用户在生产中可能会遇到的此类问题，本文以使用为**的二线制差压变送器为例，对零位输出的问题进行分析研究。对径向角度引起的差压变送器的零位输出问题进行研究，研究结果显示径向角度对差压变送器的输出影响比较严重，微小的径向角度都可能造成测量误差超出大允许误差的情况。针对以上引入的误差的情况进行分析，从技术角度保证差压变送器的正确使用和计量，保证量值传递的准确可靠。

 
　　２　差压变送器的原理
二线制差压变送器（以下简称变送器）主要由感压单元、信号处理与转换单元以及显示单元（有些不包含）组成，如图１所示。其供电电压为包含有２４ＶＤＣ的一个直流电压范围，在使用和计量过程中都默认为２４ＶＤＣ供电，其输出信号为４～２０ｍＡ。流电压范围，在使用和计量过程中都默认为２４ＶＤＣ供电，其输出信号为４～２０ｍＡ。图１　二线制差压变送器组成示意图变送器的信号输出连接方式如图２所示，在计量过程中有时会用过程仪表校验器替代电源、直流电流表部分。变送器的输入部分连接如图３所示，计量过程中往往会将压力１选择直接通大气。使用过程中只有压力１、压力２，没有压力源部分。




 
　　３　差压变送器的计量
根据《规程》要求，在规定的环境条件下逐项完成外观检查、密封性检查、绝缘电阻、绝缘强度、基本误差、回程误差、静压影响的计量检定项目，密封性和绝缘强度仅在*次检定中进行，后续检定可以不做。静压影响也是在*次检定中进行，后续检定在必要时进行。
 
简单介绍变送器计量过程中的几个容易出错的方面。１）检定点的选择：检定点的选择应按量程基本均匀分布，一般应包含上限值、下限值（或其附近输入量程１０％以内），不少于５个点。准确度等级优于０．１级的变送器应不少于９个点。
 
２）每个检定的标准输出值Ａｉ的确定，如式（１）所示：Ａｉ＝４＋ Ｐｉ－Ｐ０ＰＭＡＸ－ＰＣ（２Ｄ－４） （１）式中：Ｐｉ为第ｉ个检定点的压力值，单位Ｐａ／ｋＰａ／ＭＰａ；Ｐ０为下限点的压力值，单位Ｐａ／ｋＰａ／ＭＰａ；ＰＭＡＸ为上限点的压力值，单位Ｐａ／ｋＰａ／ＭＰａ。


 
　　４　差压变送器计量中的问题研究
　　在日常计量中，发现变送器在计量中还存在一些《规程》中未涉及到，但是对计量和科研生产却存在较大影响的问题，如变送器零位输出受安装角度影响的问题。在实验室计量过程中，尤其是高精度、小量程（尤其是微压范围）的变送器计量过程中，零位输出如何确定，这类现象就很容易出现。
以某品牌某型号的变送器为例进行说明［９］。被选择的变送器的稳定性和重复性都很好，环境因素不发生变化（主要是安装角度）的情况下，６ｈ内输出飘移小于０．００１ｍＡ，回程误差及重复性误差都小于０．００２ｍＡ。其准确度等级为０．０７５％，测量范围０～１００ｋＰａ，供电电压２４ＶＤＣ，输出４～２０ｍＡ，输出大允许误差为±０．０１２ｍＡ［１０］。将变送器的Ｈ端安装在压力源上，检定介质为空气，Ｌ端通大气，当压力源压力为０时，变送器标准示值调整为零，标准输出调整为４．０００ｍＡ。安装变送器的位置由于外力影响发生了微小角度的径向偏转，瞬间输出就发生了很大的变化（甚至出现超差），而且想再找回４．０００ｍＡ输出的位置就比较难了。
 
为了验证差压变送器的位置变化对变送器输出的影响。就以此变送器为实验样本做了以下几组实验［１１－１２］，实验地点：力学实验室，环境温度：２０℃，实验中６ｈ内温度变化不大于１℃，相对湿度５７％ ＲＨ，压力源：５～２５０ｋＰａ，０．０２级活塞式压力计１台，３等水平仪１只。实验中使用水平仪对安装位置径向水平进行测量，横向保持不变。实验一对实验样本安装（用水平仪保证水平）在标准压力源上，使用ＨＡＲＴ手操器进行零点和满量程的调整后，分别进行两次测量（间隔１ｈ）。测量结果如表１所示。
 
　　表１　实验一测量数据
实验二在实验一第２次测量完之后，在Ｌ端所在的仪表与支撑物接触面之间加入一张Ａ４纸（用水平仪测量，仍然保持水平位置），分别进行两次测量（两次间隔１ｈ）。测量结果如表２所示。

 
　　表２　实验二测量数据
实验三在实验二第２次测量完成之后，去掉Ｌ端加入的Ａ４纸，在Ｈ端所在的仪表与支撑物接触面之间加入一张Ａ４纸（用水平仪测量，仍然保持水平位置），分别进行两次测量（间隔１ｈ）。测量结果如表３所示。
 

　　表３　实验三测量数据
综合上述３组实验的测量数据，可以明确得到结论：此类差压变送器零位输出受安装角度影响很大，３组实验的测量数据都基于此变送器水平位置安装（水平仪的误差范围内），测量得到的。但同一测量点的测量数据的大差值达到了０．００４ｍＡ，而其大允许误差为±０．０１２ｍＡ，６ｈ内输出飘移小于０．００１ｍＡ。因此引入的误差对计量和科研生产的影响就可想而知了。

 
　　５　差压变送器的正确计量与使用
在日常计量工作中，经常会出现这样的问题，将变送器水平安装在压力源上，压力源压力为０时，变送器零位输出严重超差，将变送器径向微调一个角度，变送器输出值恢复正常，这种状态下，完成整个计量检定过程，检定结果为合格。为了保证变送器的正确使用，作为计量人员，这一情况应及时与变送器的用户进行沟通。一般有两种情况：
 
　　１）跟用户沟通后，确定用户使用位置是活动的，且用户不要求对变送器的输出进行调整，微调径向安装角度，保证零位输出值正常，完成计量检定，应在检定证书中体现水平位置零点输出值，给出备注，使用中安装完成后，对零点进行测量，保证零点输出在某点的某一允许误差范围内才能正常使用。
 
２）跟用户沟通后，确定用户可以保证水平安装，对差压变送器在水平状态下进行零点和满量程的调整，完成计量检定，需要在检定证书中体现水平位置未调整之前零点的输出值，给出备注，此变送器使用中安装使用，必须保证径向水平，保证零点输出值在某一允许误差范围内才能正常使用。
 
　　６　结　论
　　由于差压变送器的计量和使用中存在零位输出受安装角度影响的问题，现有《规程》中没有明确规定，对计量和使用都存在一些误读和误导。所以有必要对差压变送器单独设立检定规程，或设立对应的技术规范对现有规程进行补充，对差压变送器安装的径向角度做出相应规定，保证差压变送器计量量值传递准确可靠，为科研生产保驾护航。


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