1、變送器近50 年的發(fā)展歷程
壓力變送器是目前自動(dòng)化儀表中最重要的一類產(chǎn)品, 其使用非常廣泛, 通常包括:壓力變送器、微壓變送器、差壓變送器、微差壓變送器等。1969 年, 美國(guó)羅斯蒙特公司開始生產(chǎn)1151 系列電容式變送器,成為享譽(yù)世界多年的名牌產(chǎn)品。上世紀(jì)80 年代初,美國(guó)霍尼威爾公司推出了智能化的現(xiàn)場(chǎng)儀表-ST3000 智能變送器, 此后, 羅斯蒙特公司、日本橫河公司、ABB 公司、福克斯波羅公司等等都推出各具特色的智能變送器產(chǎn)品。變送器的工作原理除了電
容式之外, 還有電感式、單晶硅諧振式、擴(kuò)散硅式、陶瓷式等等。目前高端產(chǎn)品的量程范圍: 0～0. 025 kPato 0～60MPa, 精度指標(biāo)為0. 075% ～0. 025%, 量程比為100: 1～400: 1, 羅斯蒙特公司3051S 型變送器為高端產(chǎn)品的典型代表。還有國(guó)產(chǎn)的3051壓力變送器.
2、量程選擇的原則
壓力及差壓變送器的量程選擇是變送器選型中的一個(gè)重要內(nèi)容, 當(dāng)需要采購(gòu)變送器時(shí), 應(yīng)先確定所采用變送器的生產(chǎn)廠家及型號(hào), 然后根據(jù)使用要求確定變送器的量程。量程選擇時(shí)應(yīng)遵循量程上下可調(diào)、精度最高、價(jià)格最低等原則綜合考慮。量程上下可調(diào)原則工藝專業(yè)要求的最大壓力或差壓是量程選擇的基礎(chǔ), 通常按這個(gè)壓力或差壓值的1. 5～2. 0 倍確定所選量程。選型時(shí)一般不要走極端, 不要將變送器的使用量程定在最小量程或最大量程, 因?yàn)樵谏a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng), 變更量程的事經(jīng)常發(fā)生, 往往需要向上或向下調(diào)整量程, 如果選型時(shí)已經(jīng)考慮了量程有上下可調(diào)的余地, 碰到需要調(diào)整量程的時(shí)候就不至為難了。當(dāng)然, 如果現(xiàn)場(chǎng)條件改變只可能是單向的, 如只能向下調(diào)整, 則選最大量程也無妨。精度最高原則市場(chǎng)上一些中高檔的變送器, 其精度達(dá)到0. 2%、0. 1% 、0. 075%、0. 05% 甚至0.04% 。既然選用了高精度的變送器, 我們當(dāng)然希望所選用的變送器在使用時(shí)也能達(dá)到最高的使用精度。高精度變送器往往也具有高量程比的特點(diǎn), 變送器的精度和量程比是兩個(gè)獨(dú)立的指標(biāo), 似乎互不相關(guān),其實(shí)大量程比變送器只是在一個(gè)小的量程比范圍內(nèi)可達(dá)到該產(chǎn)品宣傳的高精度指標(biāo)。以MV2000T 量程代號(hào)C 壓力變送器為例, 其量程范圍是0. 4 ～40kPa, 按產(chǎn)品樣本介紹, 它在0～4 至0～40kPa 之間調(diào)整量程時(shí), 精度指標(biāo)可以達(dá)到該產(chǎn)品樣本所列精度指標(biāo)( 0. 075%或0. 05% ) , 但在0～0. 4kPa 至0～4kPa 之間調(diào)整量程時(shí), 精度指標(biāo)就不是該產(chǎn)品樣
本所列高精度指標(biāo), 而需要按公式:±( 0. 005×最大量程/ 調(diào)節(jié)量程- 0. 05)% 計(jì)算附加誤差。所以為了保證精度最高, 我們的實(shí)際使用量程必須在0～4kPa 至0～40kPa 之間, 即所選變送器的量程盡量接近變送器的最大量程價(jià)格最低原則。這里指的價(jià)格最低是說在確定廠家及具體型號(hào)后在量程選擇時(shí)應(yīng)遵循的原則。
如上所述, 某一實(shí)際使用量程可能兩個(gè)量程代號(hào)都合適, 按精度最高原則通常應(yīng)該選與最大量程接近的量程代號(hào)。但在個(gè)別情況下, 由于這兩個(gè)量程代號(hào)價(jià)格相差較大, 也可以這樣綜合考慮: 犧牲一點(diǎn)精度, 選用量程更大的量程代號(hào)。如MV 2000T 差壓變送器選型時(shí), 變送器的使用量程若為0～ 800Pa, 則A ( 50～ 1000Pa) 、B( 200～6000Pa) 兩個(gè)量程代號(hào)均可選, 這兩個(gè)量程代號(hào)的實(shí)際可使用量程比范圍分別為100 ～1000Pa、600～ 6000Pa, 按理說兩個(gè)量程代號(hào)均可用。但從精度最高原則考慮, 應(yīng)選A 量程代號(hào), 但從價(jià)格最低原則考慮, 微差壓量程加價(jià)幅度高, 應(yīng)選B量程代號(hào)。最后選用哪一個(gè)量程代號(hào), 應(yīng)綜合這兩個(gè)因素確定。再如測(cè)量微壓力或低壓力時(shí), 也有壓力變送器和差壓變送器兩種選擇, 依筆者的觀點(diǎn), 在保證精度的情況下應(yīng)盡量選用壓力變送器, 原因是壓力變送器的價(jià)格通常要比同量程的差壓變送器低( 因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 取壓口也只一個(gè)) , 同時(shí)差壓變送器作壓力測(cè)量時(shí)多余的取壓口有時(shí)受環(huán)境氣流的影響( 如風(fēng)吹過) , 將帶來附加誤差。
3 、微壓微差壓變送器的選型
微壓微差壓變送器檢測(cè)的是微壓力、微差壓, 通常認(rèn)為幾個(gè)kPa 以下的壓力、差壓為微壓、微差壓,本文所論述的大致是1 個(gè)kPa 以下的壓力、差壓。由于傳感器技術(shù)、微處理器技術(shù)的發(fā)展, 變送器的精度已從六十年代的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% 。但對(duì)絕大多數(shù)變送器來說, 上面提到的精度是通用量程的精度, 比如中壓、高壓、中差壓、高差壓量程的精度, 而微壓微差壓量程則往往例外,精度要比通用量程低一個(gè)檔次。微壓微差壓變送器的實(shí)際使用精度往往不是我們想象的那樣高, 而且不同產(chǎn)品的指標(biāo)差別也非常大。很多用戶在實(shí)際使用過程中也親身體會(huì)到微壓微差壓變送器的穩(wěn)定性、精度相對(duì)來說是要差一點(diǎn)。基于以上原因, 微壓微差壓變送器的選型在變送器的選型中應(yīng)該是一個(gè)特殊的問題。
由表1 可見, 變送器的通用量程的精度為大家所熟悉, 甚至不看樣本也能記得住, 而知道微壓微差壓變送器精度與通用量程精度可能不同的人就少得多了。表1 中約有一半廠家的微壓微差壓變送器的精度低于通用量程的精度, 所以在微壓微差壓變送器選型時(shí), 首先應(yīng)關(guān)注其精度是否比常用量程低。
4、 環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精度的影響
變送器的指標(biāo)精度是在環(huán)境溫度、靜壓、電源電壓相對(duì)穩(wěn)定時(shí)所能達(dá)到的精度, 而在實(shí)際生產(chǎn)過程中, 環(huán)境溫度、靜壓、電源電壓等參數(shù)都可能變化。在這樣的條件下, 精度指標(biāo)還會(huì)降低。尤其以環(huán)境溫度變化的影響為甚。
我們知道, 周圍環(huán)境條件對(duì)測(cè)量精度的影響是以滿量程的相對(duì)值表示, 例如當(dāng)環(huán)境溫度變化28℃時(shí), EJA 110A 的L 量程的計(jì)算公式為: ±( 0. 08% 量程+ 0. 09%U RL ) , M 量程的計(jì)算公式為: ± ( 0.07% 量程+ 0. 02% URL) , 式中: U RL 為最大量程,對(duì)L、M 量程分別為10 kPa、100 kPa。經(jīng)計(jì)算, 對(duì)1kPa、1. 58kPa、2kPa、3kPa、4kPa、6 kPa 的測(cè)量量程, 環(huán)境溫度變化28℃時(shí)的影響量對(duì)比見表2:
由表2 可見, 同一測(cè)量量程雖然可選L、M 兩個(gè)量程中的任何一個(gè), 但顯然選擇L 量程更為恰當(dāng), 其影響量大約小一倍。
5 結(jié)束語
綜上所述, 大家可能已經(jīng)了解到壓力變送器的選型的確是個(gè)特殊問題, 需要多花一些精力并通過對(duì)比才能選擇出性能最好的變送器。變送器選型時(shí),用戶應(yīng)根據(jù)工藝要求的測(cè)量范圍選擇變送器的量程, 此時(shí)要做到以下三點(diǎn): ¹所選變送器的量程在變
送器的測(cè)量范圍內(nèi); º所選變送器的量程在變送器的實(shí)際可使用的量程比范圍內(nèi); » 所選變送器的量程盡量接近變送器的最大量程。通常情況下, 第一點(diǎn)很容易做到, 因?yàn)檫@是最基本的; 第二點(diǎn)要在幾個(gè)相鄰量程中做出選擇, 通常也可能做到; 第三點(diǎn)則要看各廠家變送器的相鄰量程的比值, 有時(shí)候可以挑選, 有時(shí)候就沒有選擇余地了。只做到第一點(diǎn), 變送器的測(cè)量精度很難保證; 做到第二點(diǎn), 變送器的測(cè)量精度基本保證; 做到第三點(diǎn), 變送器的測(cè)量精度就可能達(dá)到最佳值。
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