壓力變送器工作原理說明
原理
壓力變送器被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室,作用在δ元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上,通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個電容器。
當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時,致使測量膜片產(chǎn)生位移,其位移量和壓力差成正比,故兩側(cè)電容量就不等,通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同,所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。
A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,其值被微處理器用來判定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外,它進(jìn)行傳感器線性化。重置測量范圍。工程單位換算、阻尼、開方,,傳感器微調(diào)等運(yùn)算,以及診斷和數(shù)字通信。
本微處理器中有16字節(jié)程序的RAM,并有三個16位計數(shù)器,其中之一執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換。
D/A轉(zhuǎn)換器把微處理器來的并經(jīng)校正過的數(shù)字信號微調(diào)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可用變送器軟件修改。數(shù)據(jù)貯存在EEPROM內(nèi),即使斷電也保存完整。
數(shù)字通信線路為變送器提供一個與外部設(shè)備(如275型智能通信器或采用HART協(xié)議的控制系統(tǒng))的連接接口。此線路檢測疊加在4-20mA信號的數(shù)字信號,并通過回路傳送所需信息。通信的類型為移頻?控FSK技術(shù)并依據(jù)BeII202標(biāo)準(zhǔn)。
組成
智能變送器一般是由傳感器、微處理器、存儲器及模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成。傳感器用來檢測被測量的信號,其所用材料因廠家而異。橫河EJA為硅諧振式,把被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為硅梁的振動頻率;ST300的傳感器是擴(kuò)散硅復(fù)合半導(dǎo)體式,把被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為硅芯片電阻值的變化;1151、3051及富士的FCX-A/C是硅微電容式,通過測電容來獲得被測的差壓或壓力值,而8600系列智能變送器則為電感式。微處理器是智能變送器的核心,負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的綜合運(yùn)算處理,如對檢測信號線性化、量程重調(diào)、函數(shù)運(yùn)算、工作單位換算及診斷與通訊功能。存儲器用來存貯供微處理器調(diào)用的各種常數(shù)、程序及變送器的組態(tài)等,現(xiàn)在一般都是可擦寫的。模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將模擬信號與數(shù)字信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換,傳感器的檢測信號到微處理器須用模數(shù)轉(zhuǎn)換器,微處理器輸出4~20mA信號須用數(shù)模轉(zhuǎn)換器。智能變送器需要輸出一路數(shù)字信號與DCS進(jìn)行通訊,并附有一智能現(xiàn)場通訊器(SFC)或稱手操器來與變送器通訊。此外,智能變送器備有后備電源,以免停電時存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)丟失。
選用
在壓力/智能壓力變送器的選用上主要依據(jù):以被測介質(zhì)的性質(zhì)指標(biāo)為準(zhǔn),以節(jié)約資金、便于安裝和維護(hù)為參考。如被測介質(zhì)為高黏度易結(jié)晶強(qiáng)腐蝕的場合,必須選擇隔離型變送器。
在選擇時要考慮它的介質(zhì)對膜盒金屬的腐蝕,一定要選好膜盒材質(zhì),否則使用后很短時間就會將外膜片腐蝕壞,法蘭也會被腐蝕壞造成設(shè)備和人身事故,所以材質(zhì)選用非常重要。變送器的膜盒材質(zhì)有普通不銹鋼、304不銹鋼、316L不銹鋼、鉭膜盒材質(zhì)等。
在選用時要考慮被測介質(zhì)的溫度,如果溫度高一般為200℃~400℃,要選用高溫型,否則硅油會產(chǎn)生汽化膨脹,使測量不準(zhǔn)。
在選用時要考慮稱重設(shè)備工作壓力等級,變送器的壓力等級必須與應(yīng)用場合相符合。從經(jīng)濟(jì)角度上講,外膜盒及插入部分材質(zhì)比較合適,但連接法蘭可以選用碳鋼、鍍鉻,這樣會節(jié)約很多資金。
隔離型壓力變送器選用最好是選用螺紋連接形式的,這樣既節(jié)約資金安裝又方便。
對于普通壓力和智能壓力變送器選用,也要考慮被測介質(zhì)的腐蝕性問題,但使用的介質(zhì)溫度可以不考慮,因為普通型壓變是引壓到表內(nèi),長期工作溫度為常溫,但普通型使用的維護(hù)量要比隔離型大。首先是保溫問題,在北方冬季零下,導(dǎo)壓管會結(jié)冰,變送器無法工作甚至損壞,這就需要增加伴熱和保溫箱等。
從經(jīng)濟(jì)角度上來講,選用智能壓力變送器時,只要不是易結(jié)晶介質(zhì)都可以采用普通型變送器,而且對于低壓易結(jié)晶介質(zhì)也可以加吹掃介質(zhì)來間接測量(只要工藝允許用吹掃液或氣),應(yīng)用普通型變送器就是要求維護(hù)人員多進(jìn)行定時檢查,包括各種導(dǎo)壓管是否泄漏、吹掃介質(zhì)是否正常、保溫是否良好等,只要維護(hù)好,大量使用普通型變送器一次性投資會節(jié)約很多。
從選用變送器測量范圍上來說,一般變送器都具有一定的量程可調(diào)范圍,最好將使用的量程范圍設(shè)在它量程的1/4~3/4段,這樣精度會有保證,對于微智能壓力變送器來說更是重要。實踐中有些應(yīng)用場合(液位測量)需要對變送器的測量范圍遷移,根據(jù)現(xiàn)場安裝位置計算出測量范圍和遷移量,遷移有正遷移和負(fù)遷移之分。
目前,智能壓力變送器已相當(dāng)普及,它的特點是精度高、可調(diào)范圍大,而且調(diào)整非常方便、穩(wěn)定性好,選用時應(yīng)多考慮。川儀橫河EJA、北京遠(yuǎn)東1751、霍尼韋爾ST3000、ARK800系列等,使用都非??煽俊?/span>
注意
在安裝使用前應(yīng)詳細(xì)閱讀產(chǎn)品樣本及使用說明書,安裝時壓力接口不能泄露,確保量程及接線正確。壓力傳感器及變送器的外殼一般需接地,信號電纜線不得與動力電纜混合鋪設(shè),傳感器及變送器周圍應(yīng)避免有強(qiáng)電磁干擾。傳感器及變送器在使用中應(yīng)按行業(yè)規(guī)定進(jìn)行周期檢定。
壓力變送器選用必知參數(shù)
壓力變送器用于測量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力,然后轉(zhuǎn)變成4~20mA DC信號輸出。而智能型壓力變送器可與HART手操器相互通訊,通過它進(jìn)行設(shè)定,監(jiān)控或與上位機(jī)組成現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)。購買壓力變送器必須知道以下幾個參數(shù)。
一、接液材質(zhì)
我們要考慮的是壓力變送器所測量的介質(zhì),一般的壓力變送器的接觸介質(zhì)部分的材質(zhì)采用的是316不銹鋼,如果你的介質(zhì)對316不銹鋼沒有腐蝕性,那么基本上所有的壓力變送器都適合你對介質(zhì)壓力的測量.
如果你的介質(zhì)對316不銹鋼有腐蝕性,那么我們就要采用化學(xué)密封,這樣不但起到可以測量介質(zhì)的壓力,也可以有效的阻止介質(zhì)與壓力變送器的接液部分的接觸,從而起到保護(hù)壓力變送器,延長了壓力變送器的壽命.
二、精度等級
每一種電子式的測量計都會有精度誤差的,但是由于各個國家所標(biāo)的精度等級是不一樣的,比如,中國和美國等國家標(biāo)的精度是傳感器在線性度最好的部分,也就是我們通常所說的測量范圍的10%到90%之間的精度;而歐洲標(biāo)的精度則是線性度最不好的部分,也就是我們通常所說的測量反的0到10%以及90%到100%之間的精度.如歐洲標(biāo)的精度為1%,則在中國標(biāo)的精度就為0.5%。
三、量程范圍
一般傳感器測量的最大范圍為傳感器的滿量程70%是最好的,也就是現(xiàn)在要測量70bar的壓力,我們選壓力變送器的量程應(yīng)該選100bar.
四、輸出信號
現(xiàn)階段由于各種采集的需要,當(dāng)前市場上壓力變送器的輸出信號有很多種,主要4~20mA,0~20mA,0~10V,0~5V等等,但是比較常用的是4~20mA和0~10V兩種,在我上面舉的這些輸出信號中,只有4~20mA為兩線制(我們所說的輸出為幾線制不包含接地或屏蔽線),其他的均為三線制.
五、介質(zhì)溫度
由于壓力變送器的信號是通過電子線路部分轉(zhuǎn)換的,所以一般情況下,壓力變送器的測量介質(zhì)溫度為-30到+100度,如果溫度過高,我們一般采用的是冷凝彎來冷卻介質(zhì),這樣相對讓廠家特地為你生產(chǎn)一個耐高溫的壓力變送器的成本會降低很多.
六、測量介質(zhì)
一般我們測量的是相對比較清潔的流體,我們就直接采用標(biāo)準(zhǔn)的壓力變送器就可以了,如果你所測量的介質(zhì)是易結(jié)晶的或粘稠的,我們一般采用的是外置膜片的或和化學(xué)密封共同使用,這樣會有效的阻止介質(zhì)堵住壓力測量孔.
應(yīng)用
現(xiàn)在的智能變送器一般都是既有數(shù)字信號又有模擬信號的混合式智能變送器,與DCS的通訊是以傳遞4~20mA模擬信號為主,然后在其上面疊加數(shù)字信號用來遠(yuǎn)程設(shè)定零點、量程以及對變送器的校驗、組態(tài)和診斷等。它只是為和現(xiàn)有DCS兼容而設(shè)計的,是真正意義上的全數(shù)字式智能變送器(如現(xiàn)場總線型智能變送器)的過渡產(chǎn)品。與常規(guī)模擬變速器相比,智能變速器在應(yīng)用中具有以下特點:
1 量程范圍寬,量程比大
智能變送器一般都具有寬廣的量程范圍,量程比大,從30:1到100:1,有的甚至達(dá)到400:1。變送器的量程比是指最大測量范圍(URV)與最小測量范圍(LRV)之比[1]。智能變送器量程與常規(guī)模擬變送器相比,最大的好處就是可以減少庫存量,同時可根據(jù)工藝要求,在不更換表的情況下隨時更改量程,而不用顧忌量程超限。例如中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司由于新增了3套三聚氰胺裝置,中間副產(chǎn)品CO2都要返回尿素裝置的中壓吸收塔進(jìn)行重新吸收,而吸收CO2就要大大增加進(jìn)人中壓吸收塔的氨量,這樣用來測氨的儀表量程要由原來的10 t/h擴(kuò)大到30t/h,這時用智能變送器就非常方便,在線調(diào)整一下量程就可以了,不用重新更換儀表。如果是常規(guī)模擬變送器就要更換量程較大的新表。
2 維護(hù)簡單方便
用手持通信器與智能變送器通信可選在現(xiàn)場變送器接線端子處或主控室控制柜內(nèi)的接線端子處。這樣儀表檢修人員可在相對較安全、周圍環(huán)境較好的控制室來對變送器進(jìn)行量程修改、參數(shù)設(shè)置、儀表維護(hù)等工作。中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司尿素裝置有一測液氨罐液位的儀表,在開車階段總是指示有誤,原因是開車階段與生產(chǎn)正常階段液氨的密度不同造成儀表指示不準(zhǔn)。只能是開車時給變送器設(shè)一測量范圍,生產(chǎn)正常時再設(shè)一測量范圍。另外,開車時現(xiàn)場容易漏氨等有害氣體,儀表維護(hù)人員每次不得不戴著防毒面具來進(jìn)行處理。如果用智能變送器代替原先的模擬儀表,可以同時解決上述問題,在控制室就可對儀表進(jìn)行參數(shù)修改,保證了人員的人身安全。需要注意的是,手持通信器不能直接連在儀表控制回路中給變送器供電的電源兩端,原因是電源為低阻抗,手持通信器在它兩端無法讀取信息,一般要求回路電阻在250~600Ω,電阻太小不能通訊,電阻太大變送器工作就會異常。
3 具有高低壓側(cè)轉(zhuǎn)換功能
智能變送器一般有傳感器高低壓側(cè)轉(zhuǎn)換的功能,用手持通訊器調(diào)整內(nèi)部參數(shù)即可。在生產(chǎn)中就遇到過這樣的問題,由于儀表已運(yùn)行多年,連接到變送器的導(dǎo)壓管因漏需要更換,更換后儀表投用時發(fā)現(xiàn)正負(fù)相導(dǎo)壓管接反(因為導(dǎo)壓管較長,又有伴熱管在一塊,正負(fù)相容易接反)。如果把2個導(dǎo)壓管互換工作量很大。而智能變送器有高低壓側(cè)轉(zhuǎn)換功能,把表內(nèi)的參數(shù)“D45:H/L SWAP”項由NOROMAL(右側(cè)高壓,左側(cè)低壓)改為REVERSE(右側(cè)低壓,左側(cè)高壓),重新組態(tài)后表一切正常,很省時省力。
4 智能變送器的固定輸出功能
這項功能在下列情況下使用起來比較方便:①當(dāng)變送器出現(xiàn)故障時,為保證生產(chǎn)設(shè)備和人身安全,或為保證產(chǎn)品質(zhì)量需要變送器輸出在一個固定值上。②在年度大修后,由于儀表控制回路中的各個環(huán)節(jié)都進(jìn)行了檢修,需要在開車前對整個回路進(jìn)行聯(lián)校,這時可以用手操器運(yùn)用智能變送器的固定輸出功能,找到菜單中的“OUTPUTSET(輸出設(shè)定)”項,一般可以設(shè)定3.8~21.6mA間的任一數(shù)值,聯(lián)校其所在整個回路是否正常。
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