1、变送器近50 年的发展历程
压力变送器是目前自动化仪表中#重要的一类产品, 其使用非常广泛, 通常包括:压力变送器、微压变送器、差压变送器、微差压变送器等。1969 年, 美国罗斯蒙特公司开始生产1151 系列电容式变送器,成为享誉shijie多年的名牌产品。上世纪80 年代初,美国霍尼威尔公司推出了智能化的现场仪表-ST3000 智能变送器, 此后, 罗斯蒙特公司、日本横河公司、ABB 公司、福克斯波罗公司等等都推出各具特色的智能变送器产品。变送器的工作原理除了电
容式之外, 还有电感式、单晶硅谐振式、扩散硅式、陶瓷式等等。目前高端产品的量程范围: 0～0. 025 kPato 0～60MPa, 精度指标为0. 075% ～0. 025%, 量程比为100: 1～400: 1, 罗斯蒙特公司3051S 型变送器为高端产品的典型代表。还有国产的3051压力变送器.
2、量程选择的原则
压力及差压变送器的量程选择是变送器选型中的一个重要内容, 当需要采购变送器时, 应先确定所采用变送器的生产厂家及型号, 然后根据使用要求确定变送器的量程。量程选择时应遵循量程上下可调、精度#高、价格#低等原则综合考虑。量程上下可调原则工艺专业要求的#大压力或差压是量程选择的基础, 通常按这个压力或差压值的1. 5～2. 0 倍确定所选量程。选型时一般不要走极端, 不要将变送器的使用量程定在#小量程或#大量程, 因为在生产现场, 变更量程的事经常发生, 往往需要向上或向下调整量程, 如果选型时已经考虑了量程有上下可调的余地, 碰到需要调整量程的时候就不至为难了。当然, 如果现场条件改变只可能是单向的, 如只能向下调整, 则选#大量程也无妨。精度#高原则市场上一些中高档的变送器, 其精度达到0. 2%、0. 1% 、0. 075%、0. 05% 甚至0.04% 。既然选用了高精度的变送器, 我们当然希望所选用的变送器在使用时也能达到#高的使用精度。高精度变送器往往也具有高量程比的特点, 变送器的精度和量程比是两个好立的指标, 似乎互不相关,其实大量程比变送器只是在一个小的量程比范围内可达到该产品宣传的高精度指标。以MV2000T 量程代号C 压力变送器为例, 其量程范围是0. 4 ～40kPa, 按产品样本介绍, 它在0～4 至0～40kPa 之间调整量程时, 精度指标可以达到该产品样本所列精度指标( 0. 075%或0. 05% ) , 但在0～0. 4kPa 至0～4kPa 之间调整量程时, 精度指标就不是该产品样
本所列高精度指标, 而需要按公式:±( 0. 005×#大量程/ 调节量程- 0. 05)% 计算附加误差。所以为了保证精度#高, 我们的实际使用量程必须在0～4kPa 至0～40kPa 之间, 即所选变送器的量程尽量接近变送器的#大量程价格#低原则。这里指的价格#低是说在确定厂家及具体型号后在量程选择时应遵循的原则。
如上所述, 某一实际使用量程可能两个量程代号都合适, 按精度#高原则通常应该选与#大量程接近的量程代号。但在个别情况下, 由于这两个量程代号价格相差较大, 也可以这样综合考虑: 牺牲一点精度, 选用量程更大的量程代号。如MV 2000T 差压变送器选型时, 变送器的使用量程若为0～ 800Pa, 则A ( 50～ 1000Pa) 、B( 200～6000Pa) 两个量程代号均可选, 这两个量程代号的实际可使用量程比范围分别为100 ～1000Pa、600～ 6000Pa, 按理说两个量程代号均可用。但从精度#高原则考虑, 应选A 量程代号, 但从价格#低原则考虑, 微差压量程加价幅度高, 应选B量程代号。#后选用哪一个量程代号, 应综合这两个因素确定。再如测量微压力或低压力时, 也有压力变送器和差压变送器两种选择, 依笔者的观点, 在保证精度的情况下应尽量选用压力变送器, 原因是压力变送器的价格通常要比同量程的差压变送器低( 因其结构简单, 取压口也只一个) , 同时差压变送器作压力测量时多余的取压口有时受环境气流的影响( 如风吹过) , 将带来附加误差。
3 、微压微差压变送器的选型
微压微差压变送器检测的是微压力、微差压, 通常认为几个kPa 以下的压力、差压为微压、微差压,本文所论述的大致是1 个kPa 以下的压力、差压。由于传感器技术、微处理器技术的发展, 变送器的精度已从六十年代的1%提高到七十年代的0. 5%、0.25%、九十年代初期的0. 1% 及九十年代中后期的0.075%、0. 05% 。但对绝大多数变送器来说, 上面提到的精度是通用量程的精度, 比如中压、高压、中差压、高差压量程的精度, 而微压微差压量程则往往例外,精度要比通用量程低一个档次。微压微差压变送器的实际使用精度往往不是我们想象的那样高, 而且不同产品的指标差别也非常大。很多用户在实际使用过程中也亲身体会到微压微差压变送器的稳定性、精度相对来说是要差一点。基于以上原因, 微压微差压变送器的选型在变送器的选型中应该是一个特殊的问题。
由表1 可见, 变送器的通用量程的精度为大家所熟悉, 甚至不看样本也能记得住, 而知道微压微差压变送器精度与通用量程精度可能不同的人就少得多了。表1 中约有一半厂家的微压微差压变送器的精度低于通用量程的精度, 所以在微压微差压变送器选型时, shou先应关注其精度是否比常用量程低。
4、 环境温度对测量精度的影响
变送器的指标精度是在环境温度、静压、电源电压相对稳定时所能达到的精度, 而在实际生产过程中, 环境温度、静压、电源电压等参数都可能变化。在这样的条件下, 精度指标还会降低。尤其以环境温度变化的影响为甚。
我们知道, 周围环境条件对测量精度的影响是以满量程的相对值表示, 例如当环境温度变化28℃时, EJA 110A 的L 量程的计算公式为: ±( 0. 08% 量程+ 0. 09%U RL ) , M 量程的计算公式为: ± ( 0.07% 量程+ 0. 02% URL) , 式中: U RL 为#大量程,对L、M 量程分别为10 kPa、100 kPa。经计算, 对1kPa、1. 58kPa、2kPa、3kPa、4kPa、6 kPa 的测量量程, 环境温度变化28℃时的影响量对比见表2:
由表2 可见, 同一测量量程虽然可选L、M 两个量程中的任何一个, 但显然选择L 量程更为恰当, 其影响量大约小一倍。
5 结束语
综上所述, 大家可能已经了解到压力变送器的选型的确是个特殊问题, 需要多花一些精力并通过对比才能选择出性能#好的变送器。变送器选型时,用户应根据工艺要求的测量范围选择变送器的量程, 此时要做到以下三点: ¹所选变送器的量程在变
送器的测量范围内; º所选变送器的量程在变送器的实际可使用的量程比范围内; » 所选变送器的量程尽量接近变送器的#大量程。通常情况下, 地衣点很容易做到, 因为这是#基本的; 第二点要在几个相邻量程中做出选择, 通常也可能做到; 第三点则要看各厂家变送器的相邻量程的比值, 有时候可以挑选, 有时候就没有选择余地了。只做到地衣点, 变送器的测量精度很难保证; 做到第二点, 变送器的测量精度基本保证; 做到第三点, 变送器的测量精度就可能达到#佳值。
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