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绝压压力变送器的结构原理以及零点调整与分析

文章出处:人气:1发表时间:2019-6-17 16:01:23

 首先分析了绝压变送器的结构原理、使用环境、人为调试等方面影响产生零位漂移的现象;然后研究了不同量程的绝压变送器在进行零点调整时产生的线性误差;最后,针对小量程绝压变送器校准过程中由于设备真空度不足造成的线性差问题,提出了采用“分子泵 - 机械泵”双级泵真空系统来进行零点调整的方法。

 引言

        压力变送器是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备。它能感受压力并将压力信号转变为可传送的标准输出信号,如 4 ~ 20 mA 电流信号或 1~5 V 电压信号。压力变送器因其具有工作可靠、准确度等级高、性能稳定、抗干扰能力强和测量信号传输距离远等优点,在工业现场得到了广泛的使用。压力变送器根据压力类型可以分为表压变送器、差压变送器和绝压变送器。 

        表压力是指高于大气压的绝对压力与大气压之差,或者相对将大气压作为零压力就称为表压力。一般压力仪表,若无特殊装置,其零点压力实际就是当时的大气压,表压力常用 pg 表示。差压是指两个压力之间的差值,或者是以大气压力以外的任意压力作为零点所表示的压力,用 pd表示。

        绝对压力(简称绝压)是相对于绝对真空所测得的压力,即从完全的零压力开始所测得的压力。它是液体、气体或蒸汽所处空间的全部压力,也叫不带条件起算的全压力。一般用 pa 或者 abs 表示绝对压力。

        从结构上来说,表压和差压变送器的低压室膜片直接与大气接触,处于大气压环境时即为其压力零点。输出信号为 4~20 mA 的表压或差压变送器在大气压环境中的理论输出电流值(简称理论输出值)为 4 mA。该类变送器在校准过程中若出现零点漂移现象,可利用调整工具在大气压环境下直接对其进行零点调整。对于输出信号为 4~20 mA 的绝压变送器,其在真空状态下的理论输出值才为 4 mA,而现实条件下完全真空是不可能实现的。因此,在实际校准过程中对绝压变送器进行零点调整时,应该考虑系统真空度对其零点产生的影响。

1 绝压变送器的零位漂移

        在分析历年来客户送检变送器的校准数据时发现,相对于表压与差压变送器,绝压变送器更容易产生零点漂移,有的甚至在周期检定时输出值已严重超差。例如,分析某核电企业每年周期送检的大量 ROSEMOUNT 的 3051 系列变送器数据时发现,对于该系列的表压和差压变送器,其周期稳定性较好,零位漂移较小,测量误差与回程误差均在允许范围内;而反观该系列的绝压变送器,往往零位漂移严重,偏差较大。分析其原因,主要有以下几点:

        1)测量原理与结构方面,3051 系列的压力变送器工作时,介质压力通过变送器高、低侧的隔离膜片和灌充油传递到 δ 室中心的测量膜片,该测量膜片是一张紧的弹性元件,用于检测作用在测量膜片上的差压。测量膜片的位移与差压成正比。测量膜片的位置由它两侧的电容固定极板通过直接数字电容电路检测出来,如图 1 所示。

 

        对于表压和差压变送器,大气压如同时施压在传感膜片的低压侧,在高压侧无压力作用下,膜片两端为对称结构,容易实现压力平衡。但是,对于绝压变送器,其低压侧始终保持一个参考压力(即高真空基准室),这样传感器膜片两端为非对称结构,也就是无论参考腔体漏气还是材料变形等因素均会导致零位变动,即发生零位漂移。


2)使用现场环境影响

        绝压变送器的稳定性受温度影响较大。例如,核工厂内的冷却水管道上使用的变送器,往往接触介质的温度可达 100 ℃。当这些绝压变送器在高温、真空状态下工作时,腔体内的隔离膜片因真空而外鼓,于是密封系统内的压力降低,填充液黏度随着下降,从而导致硅油的挥发性增强,沸点降低,热膨胀性增强,出现硅油部分气化、体积膨胀,使隔离膜片变形,进而产生零位漂移。而当这些仪表送进计量实验室进行周期检定时,应在 JJG 882-2004《压力变送器》检定规程中规定的环境条件进行计量检定,并应按照检定规程的要求对变送器的零点进行调整。

3)使用人员的错误调整

        本院每年都会接收到数百台送检的绝压变送器,其中,有些企业的一批量绝压变送器均出现示值超差现象,究其原因发现,该企业仪表检修人员在检修绝压变送器时常常会发生调整错误。例如,某单位送检的一批 3051 系列 10 MPa 量程、4~20 mA 输出的绝压变送器,其在“真空状态”(即计量设备所能达到的最大真空度)下的实际输出电流值(简称“实际输出值”)均比理论输出值小。分析原因发现,10 MPa 量程的绝压变送器在大气压环境下(标准大气压为 101.321 kPa)的理论输出值为 4.162 mA,接近于 4 mA,这时,很多检修人员会误把这批变送器当作表压变送器处理,在大气压环境下直接对其进行清零操作而导致这些变送器在“真空状态”的实际输出值会低于理论输出值。相对“零点”调整的误操作,有些企业常常会对绝压变送器的满量程进行错误调整。例如,量程为 0~100 kPa、4~20 mA 输出的绝压变送器,其在 100 kPa 绝压下的理论输出值应为 20 mA,若在当地大气压为 102 kPa 时,其理论输出电流应为 20.32 mA。当检修人员发现这些变送器的输出电流高于 20 mA 时,会误在大气压状态下对该表进行满量程电流调整,致使该变送器量程扩大,也对其零位电流产生了影响。


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