差压变送器

压力变送器的几个重要概念

压力变送器的几个重要概念

介绍

 如今,随着微处理器和电子元件、现场总线技术、互联网等的出现,我们见证了工业过程和控制方面的技术进步,因为一切都促进了过程优化以及性能和操作安全的操作和保证。今天的这一进步允许压力变送器以及其他变量可以被设计为迄今为止利用模拟技术确保测量的高性能。当时使用的模拟变送器采用分立元件设计,易受温度、过程和当地条件引起的漂移影响,需要通过电位计和开关进行持续调整。数字技术还提供了简单的使用。

压力变送器广泛用于具有无数功能和资源的过程和应用中。

本文将介绍与压力变送器相关的一些细节和概念。

压力变送器的准确性

值得记住的是,在过去的几十年里,有多种设备以多种应用进入市场。压力表征的准确性在它可以转化为可测量值的那一刻真正受到重视。

整个压力测量系统由直接或间接与发生压力变化的过程接触的主要元件和将这种变化转化为用于指示、监测的可测量值的辅助元件(压力变送器)构成和控制。

静态性能或准确性取决于变送器的校准情况以及它可以保持校准的时间。很多时候,精确度被误认为是精确度,精确度与值的接近程度相关,而精确度与一系列测量结果值的离散度相关。

压力变送器的校准涉及调零和量程调整。精确度通常包括非线性、滞后和可重复性影响。

通常,精确度以校准量程的百分比表示。

一些重要概念

通常压力变送器输入和输出之间的关系主要是线性的 (Y = ax + b),其中a称为增益,b为零或偏移,如图 1 所示。

范围:是测量极限,涵盖变送器可以测量的从最小到最大压力,例如 0 到 5080 mmH2O。最大跨度为 5080 mmH2O。

零:是变送器校准时的最小压力。

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图 1 – 压力变送器的校准曲线

URL(量程上限):是变送器设置测量的最高压力,符合传感器的量程上限。

LRL(量程下限):是变送器设置测量的最低压力,遵守传感器的量程下限。

量程(Range Calibrado):进行校准的工作范围称为量程,例如从 500 到 3000 mmH2O,其中量程为 3000-500 = 2500 mmH2O。跨度等于 URL – LRL。

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图 2 – 校准术语


零抑制(较低值超过压力零值的量):当变送器指示高于实际值时发生抑制。在液位测量中,变送器的安装位置与其高插座不同,并且需要补偿变送器插座处的液柱。当变送器处于较低水平时需要这种类型的安装,实际上这是便于访问、可视化和维护的选择方式。在这种情况下,会形成一个液柱,其高度与脉冲插座内的液体高度相同,变送器将指示高于实际液位的液位。必须考虑到这一点,称为零抑制。

开罐

PL = P atm(大气压)

  • TRM 低压侧在大气压力下打开。 

  • 只能通过液体。

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图 3 – 在开放式储罐中使用差压变送器进行间接测量 – 零抑制。


Zero Elevation(零压力值超过下限值的量):如图4所示,在封闭罐的情况下,差压变送器位于其Hi插座下方,而Low插座上没有液体密封,施加在Hi插座上的液柱必须得到补偿,从而实现零抑制。如果低压插座有液封,则需要对Hi插座和Low插座的液柱进行补偿。这称为零海拔。 

封闭罐

PL = P 顶部(蒸汽压力)

  •  低压侧连接到油箱上部。 

  • 只能靠液体。

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图 4 – 在封闭储罐中使用差压变送器进行间接测量 – 零高程。

 

零偏移- 这是每次测量中的恒定误差,可以是正误差或负误差。其发生的原因有很多,如温度变化、机械冲击、不同电位、接地不良等。见图5。

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图 5 – 零位移和跨度位移

 

跨度偏移:输入/输出关系推导的变化称为跨度偏移。跨度误差可以跟随也可以不跟随偏移误差。通常,校准误差只涉及量程误差,并且比同时涉及量程和零误差的情况少见。发射机中的绝大多数情况为零偏移。见图 5。

滞后:是压力变送器输出与施加的相同输入不同的现象,这取决于施加输入信号的方向,即是上升还是下降。通常压力变送器校准使用 0、25、50、75、100、75、50、25 序列和 0% 的量程来完成。见图 6。

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图 6 - 滞后


重复性:是指示相同测量值且所有条件完全以相同方式再现的最大百分比偏移。

量程比 (TD) 或范围能力:是最大压力 (URL) 和最小测量压力(最小校准跨度)之间的关系。例如,变送器量程为 0-5080 mmH2O,将用于 10:1,指示哪个变送器将测量 0 到 508 mmH2O。TD = URL/校准跨度。

绝对压力:在真空条件下测量的值,即没有压力,也称为绝对零。

压力或表压:大气压力。

压差:相对于参考测量的压力。

静压或管路压力:有流体流动的压力管路上的压力。它是施加到差动变送器的两个插座上的过程压力。

静水压力:液体在同一表面下方所施加的压力。

可能的总误差 (ETP):所有变送器,无论制造商如何,都存在误差,具体取决于几个点。此错误称为可能的总错误 (ETP),取决于某些条件:

  • 环境温度变化;

  • 静压力;

  • 电源电压的变化;

  • 校准量程;

  • 发射机网址;

  • 发射器范围;

  • 建材;

  • 等等。

ETP 具有以下公式:

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  • Acc = 准确度

  • ZeroStaticError = 由于静压影响导致的零误差

  • SpanStaticError = 由于静压影响导致的量程误差

  • TempErr = 由于温度变化引起的误差

  • VSErr = 由于电源电压变化引起的误差

  • StabilityErr = 稳定性误差

 市场

根据用户的说法,压力变送器规格根据应用的主要特点是:精确性、可靠性、耐用性/稳健性、安全性、易于校准、可重复性、温度稳定性、易于维护、互换性、响应时间,必须支持通信 EDDL 和 DTM,等等。

  • 根据 ARC – Advisory Group 的数据,2008 年全球压力变送器市场为 23.8 亿美元,2013 年估计为 28 亿美元。

智能变送器

智能变送器结合了传感器技术及其电子技术。

通常它必须提供以下特性:数字输出信号、数字通信接口、压力补偿、温度补偿、稳定性、必须允许轻松校准、使用和不使用参考重新量程、资源丰富、自我诊断、

  • 易于安装

高可靠性

安装和维护成本低,安装和维护时间短,减少入侵/渗透,节省安装空间,允许升级 Foundation Fieldbus 和 Profibus PA 技术等。 示例:LD301(HART/4-20 mA),LED302(Foundation) Fieldbus)、LD303(Profibus-PA)、LD400(新系列SMAR高性能变送器、SIS等)。

用户必须注意以下几点:

  • 精确性和可调比:如果所需要的设备必须具有这样的特性,在整个范围内分析的正确性公式。另请参阅其他功能,如响应时间、总计、PID 块等……它们在应用程序中可能更有用。

  • 具有稳定性和长期保证的模型更昂贵。检查您的应用程序是否真的需要它。通常有工艺和安装条件作为此保证适用的要求。

  • 投资保护:分析维修价格、型号之间的互换性、简化的规格、其他技术的更新(现场总线基金会、Profibus PA)、服务提供、技术支持、重新定位时间等。这些因素可能会干扰工厂可用性。

安全变送器

专为关键领域(即特定安全功能)而设计的压力变送器具有低故障概率和高运行可靠性。市场上有两个概念。一种基于“使用证明”概念,另一种基于 IED 61508 认证。在实践中,许多应用都指定了 SIL 认证以与控制系统一起使用,而无需安全功能。还有“虚假信息市场”导致购买为安全功能开发的更昂贵的设备,这些设备将真正用于过程控制功能,其中 SIL 认证不会带来预期的好处,并可能妨碍设备的使用和操作.

 安全集成系统 (SIS) 是负责操作安全并保证在安全限制内紧急关闭的系统,只要操作超出这些限制。主要目标是避免工厂内外发生火灾、爆炸、设备损坏等事故,为生产和财产提供保护等,防止生命危险或人身健康损害以及对社区的灾难性影响.

任何设备都不能完全免于故障,即使出现故障也必须始终提供安全条件。

符合 IEC 61508 认证的变送器基本上必须处理 3 种类型的故障:随机硬件故障、系统故障和共因故障。

关于具有 SIL 应用认证的变送器,用户必须了解什么?为什么它们不是控制和监测的最佳选择?

  • 在设备正常工作(即要求安全)的情况下,不能进行配置、模拟、多点或回路测试的更改。在这些条件下,输出将不适合进行安全评估。换句话说,如果 HART 通信正常工作并允许写入,具有 SIL2 认证的 HART/4-20mA 设备实际上不会处于 SIL 级别。

  • 在安全条件下,它必须启用写保护;

  • 不得进行局部调整(必须禁用局部调整);

  • 没有什么是完全安全的。目的是降低发生故障的概率;

  • 万一发生故障,这必须是安全的,即可以识别并采取纠正措施。 

结论

本文展示了一些压力变送器概念的重要性,以及一些细节,供用户在应用时注意。

参考

  • SMAR LD301、LD302、LD303 和 LD400 压力变送器的操作和培训手册

  • Controle & Instrumentação Mag,第 93 版 – 压力变送器,César Cassiolato,2004

  • Controle&Instrumentação Edição 106 – 巴西通过创新打破技术壁垒 – 压力变送器,César Cassiolato,2005

  • Intech 版本 74,压力变送器:传感器、趋势、市场和应用,César Cassiolato,2005

  • Controle&Instrumentação Mag,第 113 版,压力变送器中的一些重要概念,César Cassiolato,2006 年。

  • Intech 第 93 版,压力测量 - 教程,César Cassiolato,2007 

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