智能壓力變送器

智能壓力變送器由傳感器技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合形成的智能型變送器，因其在功能、精度、可靠性、維護(hù)、組態(tài)上較常規(guī)模擬變送器有很大提高，現(xiàn)階段已被廣泛應(yīng)用。變送器的智能化主要表現(xiàn)為具有自我監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程通訊的能力，及因采用微機(jī)械電子加工技術(shù)、超大規(guī)模的專用集成電路(ASIC)和表面安裝技術(shù)，而使變送器具有高可靠性、量程范圍寬及穩(wěn)定的溫壓補(bǔ)償性能。

智能變送器的可靠性與穩(wěn)定性非常高，但經(jīng)常遇到通訊方面的問題。由于智能變送器誕生時(shí)國際上沒有制定出統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，所以各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的變送器用的通信協(xié)議不盡相同。典型的如Honeywell的ST3000用的是DE協(xié)議，F(xiàn)isher-Rosement的3051用的是HART協(xié)議，橫河川儀的EJA系列為Brain(布朗)協(xié)議/HART協(xié)議，還有遵循現(xiàn)場(chǎng)總線通信標(biāo)準(zhǔn)的全數(shù)字式智能變送器。影響智能變送器現(xiàn)場(chǎng)不通訊的因素主要有高頻電磁波干擾;因電纜太長、電纜的分布電容超過了網(wǎng)絡(luò)限制，及負(fù)載電阻較低等。各協(xié)議的特點(diǎn)及可能伴生的通訊問題如下。

1 HART協(xié)議

HART(Highway Addressable Remote Transducer)是基于貝爾202通訊標(biāo)準(zhǔn)的移頻鍵控(FSK)技術(shù)[2]，通過在4~20mA電流上疊加頻率信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊。2個(gè)不同頻率:1200 Hz和2200H:代表"0"和"1"，以正弦波的形式疊加在4~20mA直流信號(hào)上，因這些正弦波的平均值為零，所以不產(chǎn)生直流分量，不會(huì)對(duì)4~20rnA過程信號(hào)產(chǎn)生影響，它是在不中斷傳輸信號(hào)的情況下完成了真正的同步通訊。

中山化工有限公司曾現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了幾臺(tái)HART協(xié)議的3051變送器和1臺(tái)渦街流量計(jì)，投運(yùn)后均出現(xiàn)異常，撤回到車間校驗(yàn)，儀表通訊及工作正常。經(jīng)細(xì)致檢查，發(fā)現(xiàn)裝置中運(yùn)行了60 Hz的電機(jī)、泵，為適應(yīng)50 Hz的電源，采用了大量的變頻器，而變頻器的載波頻率大都組態(tài)設(shè)置為2000 Hz，這個(gè)頻率正好與HART通訊頻率接近，從而影響了智能變送器的正常工作。采取增大儀表電纜與動(dòng)力電纜槽架的改造措施后問題得到解決[3]。另外在智能變送器和連線的附近使用發(fā)報(bào)機(jī)也會(huì)影響正常通訊與工作。

2 DE協(xié)議

DE協(xié)議是以脈沖電流的多少來代表"1"和"0"的，數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)是分開傳輸?shù)模?dāng)傳送數(shù)字信號(hào)時(shí)，模擬信號(hào)須中斷[1]。HART通訊頻率較高(約1~2 kHz)，要求網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)不大于0.65μs，這樣HART通訊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的最大電容限制了通訊的最大距離，一般為不大于400m。而DE協(xié)議通訊頻率較低，網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)間常數(shù)為104μs，允許的電纜分布電容比HART協(xié)議寬的多，所以，就會(huì)出現(xiàn)同一套裝置中用DE通訊協(xié)議的儀表通訊正常而用HART協(xié)議的智能變送器卻不能通訊的現(xiàn)象。對(duì)于具有HART協(xié)議的變送器如果通訊距離確實(shí)需要足夠長，可以用電容較低的交聯(lián)電纜。

3 現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議

IEC(國際電工委員會(huì))對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)的定義是"安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線。"它是一種全數(shù)字化、雙向、串行、多站的通信網(wǎng)絡(luò)，一對(duì)導(dǎo)線上可傳輸多種信息。純數(shù)字的現(xiàn)場(chǎng)總線智能變送器，是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議開發(fā)出來的一種變送器。它已不是傳統(tǒng)意義上的變送器，而是同時(shí)起著變送、控制和通信的作用。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，每臺(tái)變送器都是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)。使用現(xiàn)場(chǎng)總線后，自控系統(tǒng)的配線、安裝、調(diào)試和維護(hù)等方面的費(fèi)用可以大大降低，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)的發(fā)展應(yīng)用，作為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線智能變送器必將被廣泛應(yīng)用。

智能壓力變送器具有反向極性和限流保護(hù);激光調(diào)阻溫度補(bǔ)償，范圍寬，抗腐蝕，適于多種介質(zhì);過載及抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定;獨(dú)特顯示表頭設(shè)計(jì)，可以選配模擬、數(shù)字顯示表頭;零點(diǎn)和滿量程可通過手操器調(diào)節(jié)，量程遷移范圍寬。

零點(diǎn)和量程調(diào)節(jié)

變送器的零點(diǎn)和量程調(diào)節(jié)可以通過變送器本身的按鍵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié);也可以通過手持終端遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。具體方法是:加零點(diǎn)壓力并穩(wěn)定后，同時(shí)按住Z和S鍵(Z為零點(diǎn)調(diào)節(jié)，S為量程調(diào)節(jié))5秒鐘松開，按Z鍵2秒調(diào)節(jié)零點(diǎn)，加滿程壓力并穩(wěn)定后，按S鍵2秒調(diào)節(jié)滿程。注:零點(diǎn)校準(zhǔn)調(diào)節(jié)范圍為壓力量程的±8%，量程校準(zhǔn)范圍為壓力量程的30%~100%，連續(xù)可調(diào)。調(diào)節(jié)完畢后，蓋好密封蓋并擰緊。

特點(diǎn)

八大特點(diǎn)

智能壓力變送器是把帶隔離的硅壓阻式壓力敏感元件封裝于不銹鋼殼體內(nèi)制作而成。它能將感受到的液體或氣體壓力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)對(duì)外輸出，廣泛應(yīng)用于供/排水、熱力、石油、化工、冶金等工業(yè)過程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和控制。

智能壓力變送器一般是由傳感器、微處理器、存儲(chǔ)器及模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成。傳感器用來檢測(cè)被測(cè)量的信號(hào)，其所用材料因廠家而異。橫河EJA為硅諧振式，把被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為硅梁的振動(dòng)頻率;ST300的傳感器是擴(kuò)散硅復(fù)合半導(dǎo)體式，把被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為硅芯片電阻值的變化;1151、3051及富士的FCX-A/C是硅微電容式，通過測(cè)電容來獲得被測(cè)的差壓或壓力值，而8600系列智能變送器則為電感式。微處理器是智能變送器的核心，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的綜合運(yùn)算處理，如對(duì)檢測(cè)信號(hào)線性化、量程重調(diào)、函數(shù)運(yùn)算、工作單位換算及診斷與通訊功能。存儲(chǔ)器用來存貯供微處理器調(diào)用的各種常數(shù)、程序及變送器的組態(tài)等，一般都是可擦寫的。模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，傳感器的檢測(cè)信號(hào)到微處理器須用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，微處理器輸出4~20mA信號(hào)須用數(shù)模轉(zhuǎn)換器。智能變送器需要輸出一路數(shù)字信號(hào)與DCS進(jìn)行通訊，并附有一智能現(xiàn)場(chǎng)通訊器(SFC)或稱手操器來與變送器通訊。此外，智能變送器備有后備電源，以免停電時(shí)存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)丟失。

代號(hào) 品種

DR 微差壓變送器

DP 差壓變送器

HP 高靜壓差壓變送器

AP 絕對(duì)壓力變送器

GP 壓力變送器

LT 法蘭式液位變送器

DP/GP 遠(yuǎn)傳差壓、壓力變送器

代號(hào) 量程范圍

2 0-0.1~1KPa

3 0-1~6KPa

4 0-6~40KPa

5 0-40~250KPa

6 0-0.16~1MPa

7 0-0.4~2.5MPa

8 0-1.6~10MPa

9 0-4~25MPa

0 0-6~40MPa

代號(hào) 功能

N 非智能型(4~20mA輸出)

S 智能型(HART協(xié)議)

代號(hào) 靜壓Mpa

A 1

B 4

C 10

E 25

F 35

(零基準(zhǔn)校驗(yàn)范圍，參考條件下，硅油充液，316 L不銹鋼隔離膜片。)

1.1. 參考精度

1.2. 穩(wěn)定性

1.3. 環(huán)境溫度影響

1.4. 振動(dòng)影響

在任意軸向上，200Hz下振動(dòng)影響為±0.05%URL/g

1.5. 電源影響

小于±0.005%輸出量程/伏特。

1.6. 負(fù)載影響:

沒有負(fù)載影響，除非電源電壓有變化。

1.7. 電磁干擾/射頻干擾(EMI/RFI影響)

由20至1000MHz，場(chǎng)強(qiáng)達(dá)至30V/M時(shí)，輸出漂移小于±0.1%量程。

1.8. 安裝位置影響

零點(diǎn)漂移至多為±0.25kPa。所有的零點(diǎn)漂移

都可修正掉;對(duì)量程無影響。

2.1. 測(cè)量范圍:0-0.125-41370KPa

2.2. 零點(diǎn)與量程

2.3. 零點(diǎn)正、負(fù)遷移

零點(diǎn)負(fù)遷移時(shí)，量程下限必須大于或等于-URL;零點(diǎn)正遷移時(shí)，量程上限必須小于或等于+URL。校驗(yàn)量程必須大于或等于最小量程。

2.4. 輸出

數(shù)字、智能:

4~20mA DC，用戶可選擇線性或平方根輸出。數(shù)字過程變量疊加在4~20mA 信號(hào)上，可供采用HART協(xié)議的上位機(jī)使用

在安裝使用前應(yīng)詳細(xì)閱讀產(chǎn)品樣本及使用說明書，安裝時(shí)壓力接口不能泄露，確保量程及接線正確。壓力傳感器及變送器的外殼一般需接地，信號(hào)電纜線不得與動(dòng)力電纜混合鋪設(shè)，傳感器及變送器周圍應(yīng)避免有強(qiáng)電磁干擾。傳感器及變送器在使用中應(yīng)按行業(yè)規(guī)定進(jìn)行周期檢定。

壓力變送器選用必知參數(shù)

壓力變送器用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然后轉(zhuǎn)變成4~20mA DC信號(hào)輸出。而智能型壓力變送器可與HART手操器相互通訊，通過它進(jìn)行設(shè)定，監(jiān)控或與上位機(jī)組成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。購買壓力變送器必須知道以下幾個(gè)參數(shù)。

一、接液材質(zhì)

我們要考慮的是壓力變送器所測(cè)量的介質(zhì)，一般的壓力變送器的接觸介質(zhì)部分的材質(zhì)采用的是316不銹鋼，如果你的介質(zhì)對(duì)316不銹鋼沒有腐蝕性，那么基本上所有的壓力變送器都適合你對(duì)介質(zhì)壓力的測(cè)量.

如果你的介質(zhì)對(duì)316不銹鋼有腐蝕性，那么我們就要采用化學(xué)密封，這樣不但起到可以測(cè)量介質(zhì)的壓力，也可以有效的阻止介質(zhì)與壓力變送器的接液部分的接觸，從而起到保護(hù)壓力變送器，延長了壓力變送器的壽命.

二、精度等級(jí)

每一種電子式的測(cè)量計(jì)都會(huì)有精度誤差的，但是由于各個(gè)國家所標(biāo)的精度等級(jí)是不一樣的，比如，中國和美國等國家標(biāo)的精度是傳感器在線性度最好的部分，也就是我們通常所說的測(cè)量范圍的10%到90%之間的精度;而歐洲標(biāo)的精度則是線性度最不好的部分，也就是我們通常所說的測(cè)量反的0到10%以及90%到100%之間的精度.如歐洲標(biāo)的精度為1%，則在中國標(biāo)的精度就為0.5%。

三、量程范圍

一般傳感器測(cè)量的最大范圍為傳感器的滿量程70%是最好的，也就是現(xiàn)在要測(cè)量70bar的壓力，我們選壓力變送器的量程應(yīng)該選100bar.

四、輸出信號(hào)

現(xiàn)階段由于各種采集的需要，當(dāng)前市場(chǎng)上壓力變送器的輸出信號(hào)有很多種，主要4~20mA,0~20mA,0~10V,0~5V等等，但是比較常用的是4~20mA和0~10V兩種，在我上面舉的這些輸出信號(hào)中，只有4~20mA為兩線制(我們所說的輸出為幾線制不包含接地或屏蔽線)，其他的均為三線制.

五、介質(zhì)溫度

由于壓力變送器的信號(hào)是通過電子線路部分轉(zhuǎn)換的，所以一般情況下，壓力變送器的測(cè)量介質(zhì)溫度為-30到+100度，如果溫度過高，我們一般采用的是冷凝彎來冷卻介質(zhì)，這樣相對(duì)讓廠家特地為你生產(chǎn)一個(gè)耐高溫的壓力變送器的成本會(huì)降低很多.

六、測(cè)量介質(zhì)

一般我們測(cè)量的是相對(duì)比較清潔的流體，我們就直接采用標(biāo)準(zhǔn)的壓力變送器就可以了，如果你所測(cè)量的介質(zhì)是易結(jié)晶的或粘稠的，我們一般采用的是外置膜片的或和化學(xué)密封共同使用，這樣會(huì)有效的阻止介質(zhì)堵住壓力測(cè)量孔.

FG300HART協(xié)議智能壓力變送器，選用多種傳感器芯片(擴(kuò)散硅、陶瓷電容)組件和高品質(zhì)的集成電路組裝而成，它具有高品質(zhì)、低價(jià)位、能適應(yīng)各種工業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)，主體電路工藝材料先進(jìn)，密封固化與外部完全隔離，能滿足防潮、防水、防爆、防腐、防塵等惡劣工況的要求，選用不同的過程連接件可對(duì)強(qiáng)腐性的介質(zhì)、高低溫介質(zhì)、粘稠介質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

FG300HART協(xié)議智能壓力變送器可廣泛應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵、電力、建材、紡織、制藥、食品、氣體、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和軍工等各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)各工藝點(diǎn)壓力的計(jì)量、監(jiān)視和控制。

菲格瑞思?jí)毫ψ兯推?，分普通和智能型兩種，普通型提供標(biāo)準(zhǔn)的直流4-20mA信號(hào)輸出，智能型除可選HART通信之外，也可選RS485接口，它用編程軟件調(diào)整變送器零點(diǎn)和量程等參數(shù)。