压力变送器的技术特性你了解多少
浏览次数:18次 发布日期:2018-11-28
 
压力变送器的技术特性你了解多少
随着科学技术的发展,人们对压力变送器的要求越来越高,对它的结构性能也规定得越来越详细。现在生产的智能变送器,各种技术指标达数十项之多。但是对用户来说,没有可能,也没有必要在使用现场对变送器的各项技术指标进行验证,而且有些指标是不会变化的。然而理解和掌握这些性能,对于使用和维护好变送器是有好处的,为此压力变送器的技术特性你了解多少
1. 测量范围、上下限及量程
每个用于测量的变送器都有测量范围,它是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。测量范围的小值和值分别称为测量下限(LRV)和测量上限(URV),简称下限和上限。
变送器的量程可以用来表示其测量范围的大小,是其测量上限值与下限值的代数差即:
       量程=测量上限值一测量下限值     
使用下限与上限可完全表示变送器的测量范围,也可确定其量程。如一个温度变送器的下限值是-20℃,上限值是180℃,则其测量范围可表示为-20~180℃,量程为200℃。由此可见,给出变送器的测量范围便知其上下限及量程,反之只给出变送器的量程,却无法确定其上下限及测量范围。
变送器测量范围的另一种表示方法是给出变送器的零点(即测量下限值)及量程。由前面的分析可知,只要变送器的零点和量程确定了,其测量范围也就确定了。因而这是一种更为常用的变送器测量范围的表示方式。
2. 零点迁移和量程调整
在实际使用中,由于测量要求或测量条件的变化,需要改变变送器的零点或量程,为此可以对变送器进行零点迁移和量程调整。量程调整的目的是使变送器的输出信号的上限值与测量范围的上限值相对应。为变送器量程调整前后的输入输出特性量程调整相当于改变变送器输入输出特性的斜率,由特性1到特性2的调整为量程增大调整。反之,由特性2到特性1的调整为量程减小调整。
在实际测量中,为了正确选择变送器的量程大小,提高测量准确度,常常需要将测量的起点迁移到某一数值(正值或负值),这就是所谓零点迁移。在未加迁移时,测量起始点为零;当测量的起始点由零变为某一正值时,称为正迁移;反之,当测量的起始点由零变为某一负值时,称为负迁移。零点调整和零点迁移的目的,都是使变送器输出信号的下限值与测量信号的下限值相对应。在时,为零点调整;在时,为零点迁移
为变送器零点迁移前后的输入输出特性。由可以看出,零点迁移后变送器的输入-输出特性沿x坐标向右或向左平移了一段距离,其斜率并没有改变,即变送器的量程不变。若采用零点迁移,再辅以量程压缩,可以提高仪表的测量度和灵敏度。
变送器零点迁移
零点正、负迁移是指变送器零点的可调范围,但它和零点调整是不一样的。零点调整是在变送器输入信号为零,而输出不为零(下限)时的调整;而零点正、负迁移,是在变送器的输入不为零时,输出调至零(下限)的调整。如果差压变送器的低压引入口有输入压力,高压引入口没有,则将输出调至零(下限)时的调整,称为负迁移;如果差压变送器的高压引入口有输入压力,低压引入口没有,则把输出调至零(下限)的调整,称为正迁移。由于迁移是在变送器有输入时的零点调整,所以迁移量是以能迁移多少输入信号来表示,或是以测量范围的百分之多少来表示。
    由于同一台变送器,其使用范围有大有小,所以迁移量也成了有大有小。
大多数厂家生产的变送器,迁移量都是以量程的百分数来表示的。例如有的变送器零点正负迁移为量程的±100%,这就是说,如果变送器的测量范围为0~31.1kPa至O~186.8kPa,则当变送器高或低压引入口通O~186.8kPa范围内的任意压力时,其零点都可以迁到4mA。不过高压引入口通186.8kPa的压力已经是测量范围上限了,再通就是超压,把零点调成4mA DC不是不可能,但已是没有意义了,所以一般还补充一句,零点迁移量与使用量程之和不能超过测量范围
:为迁移量;为使用量程;为量程。这样,如果使用量程为186.8kPa,零点正迁移量便是       
即不能迁了。
    但若使用量程为62.3kPa,则零点正迁移量便是             
对负迁移来说,没有这一限制,因为它是负压引入口压力,所以不管通0~186.8kPa范围内的多大压力,零点迁移量加上使用差压,都不会超过测量范围的限值
3. 量程比
    量程比是指变送器的测量范围和小测量范围之比,这也是一个很重要的指标。变送器所使用的测量范围和操作条件是经常变化的,如果变送器的量程比大,则它的调节余地就大。可以根据工艺需要,随时更改使用范围,显然这会给使用者带来很多方便。他们可以不需更换仪表,不需拆卸和重新安装.只要把量程改变一下就可以了。对智能仪表来说,只要在手持终端上再设定一下。这样,库里的备品数量可以大为减少,计划管理等工作也会简单得多。
从简单的位移式差压计到目前的智能变送器,量程比是在不断地增加之中,这说明技术的进步。但要注意的是,当量程比达到一定数值(例如10)以后,它的其他技术指标如精度、静压、单向性能都会变坏,到了某个值后(例如40),虽然还可使用,但它的性能已经很差的了。一般情况下,量程比越大,其测量精度就越低。
4.四线制与二线制
    变送器大都安装在现场,其输出信号送至控制室中,而它的供电又来自控制室。变送器的信号传送和供电方式通常有两种
(1) 四线制
供电电源与输出信号分别用两根导线传输,其接线方式如图2.3所示。这样的变送器称为四线制变送器。DDZ-Ⅱ系列仪表的变送器采用这种接线形式。由于电源与信号分别传送,因此对电流信号的零点及元件的功耗没有严格的要求。供电电源可以是交流(220V)电源或直流(24V)电源,输出信号可以是死零点(0~10mA)或活零点(4~20mA)。
      四线制传输
(2)二线制
对于二线制变送器,同变送器连接的导线只有两根,这两根导线同时传输供电电源和输出信号,如图2.4所示。可见,电源、变送器和负载电阻是串联的。二线制变送器相当于一个可变电阻,其阻值由被测参数控制。当被测参数改变时,变送器的等效电阻随之变化,因此流过负载的电流也变化。
二线制传输
二线制变送器必须满足如下条件:
①   变送器的正常工作电流,必须等于或小于信号电流的小值,                                                   
由于电源线和信号线公用,电源供给变送器的功率是通过信号电流提供的。在变送器输出电流为下限值时,应保证它内部的半导体器件仍能正常工作。因此,信号电流的下限值不能过低。因为在变送器输出电流的下限值时,半导体器件必须有正常的静态工作点,需要由电源供给正常工作的功率,因此信号电流必须有活零点。国际统一电流信号采用4~20mADC,为制作二线制变送器创造了条件。
②   变送器能够正常工作的电压条件是                                
为变送器输出端电压;为电源电压的小值;为输出电流的上限值,通常为20mA;为变送器的负载电阻值;为连接导线的电阻值。
二线制变送器必须采用直流单电源供电。所谓单电源是指以零电位为起始点的电源,而不是与零电压对称的正负电源。变送器的输出端电压U等于电源电压与输出电流在RL及传输导线电阻r上的电压降之差。为保证变送器正常工作,输出端电压值只能在限定的范围内变化。如果负载电阻增加,电源电压就需增大;反之,电源电压可以减小;如果电源电压减小,负载电阻就需减小;反之,负载电阻可以增加。
③   变送器能够正常工作的小有效功率                                    
由于二线制变送器供电功率很小,同时负载电压随输出电流及负载阻值变化而大幅度变化,导致线路各部分工作电压大幅度变化。因此,制作二线制变送器时,要求采用低功耗集成运算放大器和设置性能良好的稳压、稳流环节。
二线制变送器的优点很多,可大大减少装置的安装费用,有利于安全防爆等。因此,目前各国大都采用二线制变送器。
5. 负载特性
负载特性是指变送器输出的负载能力,通常只有电动变送器有此技术指标。所有不同类型的两线制变送器的负载特性是差不多的。模拟变送器的负载特性。               
因为要保证变送器正常工作(即保证20mA电流),所以规定了端电压,推荐使用E,J情况,其电压为12V,否则便不能正常工作。变送器在工作区内,负载电阻 (Ω)与电源电压 (V)的关系为        
式中 O.02 为输出电流,A。
    由于电动变送器有恒流性能,所以输出短路时,仪表也不会损坏。
6. 供电方式
    电动仪表都需要电源供给能量,供电方式在电动仪表中也是一个重要问题。现在的电动仪表大致有两种供电方式:交流供电和直流集中供电。
   (1)交流供电。在各个仪表中分别引入工频220V交流电压,再用变压器降压,然后进行整流、滤波及稳压作为各自的电源,在早期的电动仪表系统中多用这种供电方式。缺点是:这种供电方式需要在每块表中附加电源变压器、整流器及稳压器线路,因此增加了仪表的体积和重量;变压器的发热增加了仪表的温升;220V交流直接引入仪表中,降低了仪表的安全性。
(2)直流集中供电。直流集中供电是各个仪表统一由直流低电压电源箱供电。工频220V交流电压在电源箱中进行变压、整流、滤波以及稳压后供给各仪表电源。集中供电的好处很多:
① 每块表省去了电源变压器、整流及稳压部分,从而缩小了仪表的体积,减轻了仪表的重量,并减少了发热元部件,使仪表温升降低;
② 由于采用直流低电压集中供电,可以采取防停电措施,所以当工业用220V交流电断电时,能直接投入直流低电压(如24V)备用电源,从而构成无停电装置;
③ 没有工业用220V交流电进入仪表,为仪表的防爆提供了有利条件。
7. 阻尼特性
    差压变送器常用来和节流装置配合测量流体流量,也可根据静压原理测量容器内的介质液位,流量、液位这两种物理参数有时很容易波动,致使记录曲线很粗很大,看不清楚,为此变送器内一般都有阻尼(滤波)装置。
    阻尼特性以变送器传送时间常数来表示,传送时间常数是指输出由0升到值的63.2%时的时间常数。阻尼越大,则时间常数越长。
    变送器的传送时间分两部分,一部分是组成仪表的各环节的时间常数,这一部分是不能调的,电动变送器大概为零点几秒;另一部分是阻尼电路的时间常数,这一部分是可以调的,从几秒到十几秒。
8. 接液温度和环境温度
    接液温度是指变送器检测部件接触被测介质的温度,环境温度则是指变送器的放大器、电路板能承受的温度,两者是不一样的,前者的范围大,后者的范围小。例如罗斯蒙特3051变送器的接液温度为-45~+120℃,环境温度为-40~+80℃。所以在使用时要注意,不要把变送器所处的环境温度误以为是接液温度。
    温度影响是指变送器的输出随环境温度的变化而变化,一般是以温度每变化10℃、28℃或55℃的输出变化来表征的。变送器的温度影响和仪表的使用范围有关,仪表的量程越大,则受环境温度变化的影响越小。
9. 静压和单向过压特性
(1)静压特性。
静压是指差压变送器的工作压力,通常比差压输入信号大得多。按理说,差压变送器的输出只和输入差压有关,和变送器的工作压力是没有关系的,但由于设计、加工、装配等诸多因素,变送器的零点和量程是随着静压的变化而变化的。变送器的静压指标就是指这种变化的允许范围。这里有以下两点需要说明:
①   不同使用范围的变送器,其输出受静压的影响是不一样的,量程范围
大,受静压变化的影响小;反之,则影响大。制造厂为了使自己生产的仪表有较高的技术指标,所以不管用户使用在多大测量范围,静压指标总是以在量程下,零点和量程的变化多少来定的。
②   变送器的静压可以是正压,也可以是负压。正压有个限值,例如为
16MPa、40MPa;负压也有个限值,例如-O.1MPa,但不能真空。我们说变送器的静压,通常只说它的上限压力,下限压力似乎认为没有规定,其实这是不对的。变送器在真空下,膜盒内的硅油会汽化,会损坏仪表,所以也有规定。
(2)单向过压特性。
单向过压即是单向超载,它是指差压变送器的一侧受压,另一侧不受压。在变送器和节流装置配套使用过程中,由于操作不慎,有时会发生一侧导压管阀门开着,而另一侧是关的,因此变送器静压是多少压力,单向过压也是多少压力。
    对于一般仪表,信号压力只能比额定压力稍大一点,例如大30%,大50%,但对差压变送器来说,单向超载的压力不是比信号压力稍大一点,而是大几倍、几十倍、上百倍。在这种情况下,变送器应不受影响,其零点漂移也必须在允许范围,这就是差压变送器独特的单向特性。
    早的差压计是不耐单向过压的,但是现在的变送器单向过压指标定得很高,单向对仪表的各种性能基本上没有什么影响。例如,日本横河的EJA系列差压变送器使用时可以不装平衡阀。单向过压时间也不作规定,但从使用角度来看,不装平衡阀是不方便的。
10. 稳定性
稳定性是变送器的又一项重要技术指标,从某种意义上讲,它比变送器的精度还重要。稳定性误差是指在规定工作条件下,输入保持恒定时,输出在规定时间内保持不变的能力。稳定性±0.1% URV/6个月表示:在6个月内,仪表的零点变化不超过测量范围上限的±0.1%。注意这里说的是测量范围上限,不是使用范围。例如某变送器的测量范围为0~2kPa至O~100kPa,如果使用在O~10kPa,那么它的稳定性就不是±0.1%,而是±1%;所以在看仪表的误差时,一定要看它对哪个范围而言。
 
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