各类工业测量的变送器原理简单了解及其常见故障解决方案

    　引言
　　工业现场测量中传感器和变送送器是两个经常被提到的词，在现代化的工业生产中，自动化控制的水平和范围越来越广，许多物理量的测量、记录与计算都需要各类自动化仪表，如温度、压力、液位、流量、成分等，各种物理量终的输出都需要有一个统一的记录标准，现在常见的就是将这些物理量转换成统一的4—20mA的标准信号输出，变送器比传感器的优势在于其在完成非电量转换成可测量的电量后，还能实现信号的放大。社会工业化的发展使变送器的应用也越来越**，变送器的种类有很多，在工控仪表上和工业自动化领域中起着重要作用，主要应用的变送器主要有温度变送器、差压变送器、流量变送器等等。变送器具有将各类物理量信号标准化、 信号隔离以及方便信号传输等多种优点，可以保证生产工艺的准确度、稳定性和可靠性。本文通过对变位器进行分类，分析了变送器应用中常见故障及应对策略，希望能在实际应用中保障生产安全。但变送器应用中，也出现越来越多的问题，由于安装及维护水平较低，变送器出现问题一般会比较棘手，这不仅会影响到生产的正常进行，更严重的还会威胁到生产安全。

　　1 变送器的种类及特点
　　1.1 变送器概念
　　变送器主要通过对温度、压力、成分等物理量进行测量，并转换成统一的标准电流信号，并对信号进行放大，性能比传感器更加优化，是自动控制系统的一个重要组成部分。
　　变送器的分类可以依据被测物理量的不同分为：一体化温度变送器、差压变送器、电容式物位变送器、液位变送器、超声波变送器；根据信号标准不同则可以分为：差压变送器、锑电极酸度变送器、浓度变送器、电导变送器、智能变送器。
　　1.2 差压变送器
　　差送变压器的主要组成包括：测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等。其功能主要通过将接收的气体、液体等压力信号转化成标准且相对稳定的电流电压信号来实现，这些数据可以给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表提供二次测量数据，以完成指示和过程调节，差压变送器根据测压范围可分成一般差压变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa）两种。
　　差压变送器的测量原理为：在集成硅压力敏感元件的两端分别施加流程压力和参考压力，通过不同压力之间产生的压力差使硅片产生很小位移的变形，这种微小的变形足以使硅胶片上的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱动下输出mV级电压信号，这种电压信号与压力成正比例关系。在实际运行中，这种电压信号会被送入差动式放大器中以完成信号放大，可以产生放大倍数很高且可以抵消相互间温度飘逸的电压信号，放大之后的电压信号再转化成相应的电流信号，经过非线性校正，可以实现与输入压力成线性对应关系的标准电压电流信号。另外，由于硅材料的强性**，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。
　　1.3 智能变送器
　　智能变送器充分利用了微处理器的运算和存储能力，由传感器和微处理器相结合而成。 智能变送器对传感器数据的处理包括：测量信号的调理、数据显示、自动校正和自动补偿等。
　　智能变送器的关键取决于微处理器的运算和存储能力，所以微处理器是智能变送器的核心结构。在实际应用中，微处理器不仅可以完成数据的计算、存储和处理，还可以实现对传感器的调节，通过反馈回路保证数据采集的佳状态，因此微处理器大大提高了传感器的性能，可以完成传统变送器难以完成的任务，智能变送器的优点主要体现在以下几点：
　　（1）系统自动补偿和自我诊断能力。主要通过智能软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿；通电后传感器自检，判断内部各部分是否正常。
　　（2）准确处理并存储数据信息。智能变送器可以根据内部程序进行数据的自动处理，去除异常数值；同时存储传感器的特征数据、动态信息和补偿特性等。
　　（3）双向通信功能。智能送变器的微处理器不仅可以实现传感器数据的接收和处理，还能及时对信息进行反馈，实现对测量过程的调节和优化控制。智能变送器可以通过手持终端在控制室对安装在现场的变送器进行遥控调整。智能变送器零点和量程调整独立化，只需一次调整便可完成。
　　（4）数字量接口输出功能。更方便快捷的实现将输出的数字信号和计算机或现场总线等连接。
　　1.4 液位变送器
　　液位变送器可以分为：浮球式液位变送器、浮筒式液位变送器、静压式液位变送器。
　　浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。由于一般磁性浮球的比重较小（小于0.5），使其可以漂浮于液面之上，并沿测量导管上下移动。在测量导管内的测量元件可以在外磁作用下实现被测液位信号与正比于液位变化的电阻信号之间的转化，使电子单元转化成4～20mA的标准信号输出，该变送器具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点输出大电流不超28mA，能够很好的保护电源并使二次仪表不被损坏。
　　将磁性浮球改为浮筒组成浮筒式液位变送器，浮筒式液位变送器将阿基米德浮力原理应用到其中，通过微小的金属膜应变传感技术来实现液体的液位、界位或密度的测量。静压式液位变送器利用液体静压力的测量原理，选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，通过放大电力放大和补偿电路补偿，转化成稳定的电流方式输出。
　　1.5 温度变送器
　　温度变送器可分为：热电偶温度变送器、热电阻温度变送器等。
　　热电偶温度变送器的原理：将两根不同的导体或半导体的一端焊接、绞接或粘合而成的测温元件。这两根导体或半导体称为热电极，其焊接端为热电偶的热端（工作端或测量端），非焊接端为热电偶的冷端 （自由端或参考端）。当热端和冷端存在温差时，冷端将产生一个温差热电势，温度变送器的功能就是将这个热电势的温度信号转换为4～20mA的标准信号。
　　热电阻温度变送器的原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度。
　2 变送器应用中常见故障分析
　　2.1 差压变送器应用中故障判断
　　差压变送器故障判断一般包括调查法和直观法，调查法包括：故障发生前的打火、冒烟 、异味、供电变化、潮湿、误操作和误维修进行全面调查统计。直观法包括：查看回路的外部损伤、导压管的泄漏、回路的过热、供电开关状态等。具体的故障诊断策略有：
　　（1）断路检测：将疑似故障部分独立出来，逐段判断故障所在；当智能差压变速器不能正常Hart 远程通讯，可以用另加电源的方法为变送器通电进行通讯，判断电缆是否被叠加电磁信号干扰。
　　（2）短路检测：在安全性有保障的前提下，将相关部分回路直接短接，若差压变送器出现输出值偏小的情况，可将导压管断开后，从一次取压阀外直接将差压信号直接引到差压变送器双侧，观察变送器输出，以判断导压管路的堵、漏的连通性。
　　（3）替换检测：*先找出疑似故障部位，将该部分更换，以确定故障发生具体原因。
　　2.2 电容式变送器故障分析
　　在实际生产过程中， 有些电容式变送器可能会出现输出为零的现象，这会影响到相关参数的测量，该故障是由于传感器测量膜片或隔离膜片的弹性模量发生变化而引起的。
　　故障诊断：*先要对生产现场的变送器工作电源进行检查，随后对压力室进行检查（包括传感器和压盖），传感器的隔离膜片后空气的气垫作用会使隔离膜片的刚度增加，在压力传递过程中，会由于压力传递失真而导致变送器灵敏度下降，对引压管进行排污处理后测量变送器仍无输出，可以判断出由于变送器传感器长期运行 ， 使测量膜片或隔离膜片的弹性模量产生了变化 ， 因而出现了上述故障。此类故障的处理可以分为以下几步：①将变送器压盖上的四个螺栓和压盖拆下，使测量膜片或隔离膜片的弹性模量得到恢复。②封好压盖，注意安装顺序，确保压力室不泄露。③安装完毕后，对变送器的输出性能、精度及线性进行校检。
　　2.3 正、 负压侧有泄漏导致指示偏差
　　普通差压变送器在对液位测量或与流量一次件配合测量时，会出现指示不稳定的现象。在一般的测量过程中，设备的正、负压侧的取压口通常要经过一次手阀、隔离罐、三阀组再连接到变送器的正、负压侧从而导致过程中的影响因素较多，对于这种情况，我们应充分理解变送器的工作原理，熟悉当正压侧手阀、管接头或平衡阀出现泄漏时，会出现偏低的差压信号，反之输出信号会偏高。
　　2.4 温度变送器常见故障及处理方法
　　（1）热电偶温度变送器电势误差大
　　原因分析：①热电极变质。②热电偶的安装位置与安装方法不当。③热电偶保护套管的表面积垢过多。④测量线路短路（热电偶和补偿导线）。⑤热电偶回路断线。⑥接线柱松动。
　　处理方法：①更换热电偶。②改变安装位置与安装方法。③进行清理。④将短路处重新更换绝缘。⑤找到断线处，并重新连接。⑥拧紧接线柱。
　　（2）热电偶温度变送器指示不稳定，时有时无，时高时低。
　　原因分析：①热电极在接线柱处接触不良。②热电偶有断续短路或断续接地现象。③热电极已断或似断非断。④热电偶安装不牢固，发生摆动。⑤补偿导线有接地或断续短路现象。
　　处理方法：①重新接好。②将热电偶的热电极从保护管中取出，找出故障点并予以消除。③更换新电极。④安装牢固。⑤找出热电偶故障点并予以消除。
　　（3）热电阻温度变送器常见故障及处理
　　①示值偏低或不稳。可能原因：保护管内有金属屑或灰尘；接线柱间积灰以及热电阻短路。处理方法：除去金属屑，清扫灰尘；找出短路点，加好绝缘。
　　②示值无穷大。可能原因：热电阻或引出线断路。处理方法：更换热电阻或焊接断线处及拧紧螺丝。
　　③示值无穷小。可能原因：显示仪表与热电阻接线有误或电阻短路。处理方法：改正接线，找出短路处加好绝缘。
　　④阻值与温度的关系有变化。可能原因：热电阻材料受腐蚀变质。处理方法：更换热电阻。
　　3 结语
　　在变送器的实际应用过程中，影响其工作性能的因素还包括使用环境、测量介质的性质、硬件质量、及运行维护等。同时干扰信号也会导致输出波动，因此要注意变送器的安装环境及接地线的连接。同样的故障，我们在实际分析时要辩证的看待，结合实际情况对故障进行处理。

上一条：超声波流量计在一种自动供水系统中的应用设计
下一条：如何提高利用压力变送器测量密度变化介质容器的液位值