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HART智能壓力變送器檢測(cè)方法的研究
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HART智能壓力變送器檢測(cè)方法的研究

時(shí)間:2022-02-23 18:01:55

 摘要:提出一種HART智能壓力變送器的檢測(cè)方法,該方法只需用一套壓力控制器就可以完成壓力變送器的調(diào)整工作和檢定工作。通過(guò)壓力控制器和上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢定壓力變送器,自動(dòng)計(jì)算各檢定點(diǎn)數(shù)據(jù),從而提高工作效率。hAo壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
引言
壓力變送器是工業(yè)過(guò)程檢測(cè)和控制的基礎(chǔ)儀器之一。隨著DCS系統(tǒng)在企業(yè)的廣泛應(yīng)用,壓力變送器發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)字化、智能化、高精度和高適應(yīng)性[1]。相比常規(guī)變送器,智能變送器具有更強(qiáng)的功能、更好的性能,#常見的一類智能變送器是采用HART通訊協(xié)議。HART全稱為HighwayAddressableRemoteTransducer,意思是“高速鏈路可尋址遠(yuǎn)程變換器”。
 
HART協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)儀表在原有的4~20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)上疊加數(shù)字信號(hào),在不中斷過(guò)程信號(hào)的情況下,在同一模擬回路上同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信,給操作使用帶來(lái)了極大方便。正因?yàn)槿绱�,HART智能變送器的檢測(cè)工作也會(huì)比普通變送器多了一步調(diào)整工作。
 
1、HART智能變送器的工作原理
HART智能變送器除了純機(jī)械和電路之外,還有微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算操作。如圖1所示,HART智能變送器可以分為三個(gè)部分,每一個(gè)部分都可以單好進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整。
 HART 變送器框圖
地衣個(gè)方框?yàn)樽兯推鞯妮斎雺K。變送器對(duì)物理量PV(如溫度、壓力或流量)進(jìn)行測(cè)量,并根據(jù)廠家的數(shù)值表或某種形式的方程將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),地衣方框的輸出就是過(guò)程變量的數(shù)值(PV)。第二個(gè)方框?yàn)樽兯推鞯霓D(zhuǎn)換塊。轉(zhuǎn)換塊是將過(guò)程量按照嚴(yán)格的數(shù)學(xué)關(guān)系轉(zhuǎn)換為毫安表示,可由變送器的量程值(零點(diǎn)和滿度值)結(jié)合轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算得到。轉(zhuǎn)換函數(shù)中線性轉(zhuǎn)換函數(shù)#常見,但在壓力變送器中,往往還提供方根轉(zhuǎn)換關(guān)系,某些特殊的變送器還可能實(shí)現(xiàn)一些常見的數(shù)學(xué)公式轉(zhuǎn)換或者用戶自定義數(shù)值映射表。第二個(gè)方框的輸出是變送器輸出回路電流值的一個(gè)數(shù)值(PVAO)。第三個(gè)方框是變送器的輸出塊。輸出塊是將第二個(gè)方框計(jì)算出的輸出數(shù)值(PVAO)利用D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生實(shí)際的4~20mA模擬電流輸出。在此過(guò)程中,微處理器必須依靠一些內(nèi)部校準(zhǔn)因素來(lái)得到正確的輸出。
 
2、壓力控制器的HART自動(dòng)調(diào)整模式
HART智能壓力變送器的傳統(tǒng)調(diào)整方法需要配置壓力標(biāo)準(zhǔn)器、直流電流表、HART手操器、250Ω電阻等,連接過(guò)程比較繁瑣,標(biāo)準(zhǔn)器和手操器直接不能自動(dòng)交互,數(shù)據(jù)都需要人工讀取并錄入,效率低,且存在人為誤差的隱患。智能壓力控制器的自動(dòng)調(diào)整模式,解決了上述問(wèn)題,從軟件層面實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)器和手操器功能的自動(dòng)交互,大幅提高工作效率,其特點(diǎn)如下:針對(duì)不同變送器產(chǎn)品HART功能菜單位置不一致的情況,該模式將檢測(cè)用指令統(tǒng)一提取出來(lái),并重新分類,放置在統(tǒng)一的位置,形成不同的變送器均為一致的操作菜單的方式,操作更便捷,免除HART設(shè)備多樣性帶來(lái)的功能反復(fù)查找的煩惱。不同生產(chǎn)企業(yè)的HART設(shè)備,均轉(zhuǎn)換為全中文觸控式操作,界面更友好。具有便利、高效、自動(dòng)化的交互操作,一鍵完成調(diào)整,協(xié)助工作人員輕松完成日常維護(hù)工作。壓力控制器的HART功能具有強(qiáng)大的兼容性,可使用U盤或網(wǎng)絡(luò)即可完成升級(jí),支持常見及#新的HART智能壓力變送器。
 
3HART智能壓力變送器的調(diào)整工作
HART智能壓力變送器在檢測(cè)之前需要對(duì)輸入塊和輸出塊進(jìn)行調(diào)整,我們將PV值的調(diào)整稱為傳感器調(diào)整;將PVAO值的調(diào)整稱為電流輸出調(diào)整。下面我們介紹一下使用壓力控制器對(duì)壓力變送器進(jìn)行調(diào)整。shou先將壓力變送器與壓力控制器進(jìn)行連接,進(jìn)入壓力控制器的HART應(yīng)用界面進(jìn)行搜索設(shè)備,成功后便可以進(jìn)行調(diào)整工作[2]。
 
電流調(diào)整的主要內(nèi)容如下:通過(guò)調(diào)整變送器的電流輸出環(huán)節(jié)的比例系數(shù),使變送器的AO數(shù)值同實(shí)際輸出的環(huán)路電流一致;提供零點(diǎn)(4mA)和滿度點(diǎn)(20mA)的調(diào)整:進(jìn)入調(diào)整點(diǎn)時(shí)自動(dòng)設(shè)置變送器為零點(diǎn)或滿度點(diǎn)輸出;可以使用數(shù)字鍵盤輸入環(huán)路電流測(cè)量值,輸入范圍為4~20mA,或按“獲取”鍵直接將當(dāng)前測(cè)量值寫入數(shù)字鍵盤。確認(rèn)后將按照數(shù)字鍵盤上的數(shù)值對(duì)零點(diǎn)或滿度點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。
 
傳感器調(diào)整的主要內(nèi)容如下:通過(guò)調(diào)整變送器的PV值,使變送器的PV值同實(shí)際輸出的壓力值一致;提供低端(PV量程下限)和高端(PV量程上限)調(diào)整:進(jìn)入調(diào)整點(diǎn)時(shí)自動(dòng)設(shè)置控制器輸出PV量程下限或上限的壓力值,也可以點(diǎn)擊控制器輸出值圖標(biāo),在彈出的窗口里改變輸出壓力值;可以使用數(shù)字鍵盤輸入壓力測(cè)量值,或按“獲取”鍵直接將當(dāng)前測(cè)量值寫入數(shù)字鍵盤;確認(rèn)后將按照數(shù)字鍵盤上的數(shù)值對(duì)PV值進(jìn)行調(diào)整[3]。
 
用于變送器的溫度補(bǔ)償?shù)闹饕獌?nèi)容如下:常溫下讀取零位數(shù)據(jù),先不加壓,待溫度、壓力穩(wěn)定后,在軟件界面上填零取位值;常溫下讀取滿量程數(shù)據(jù),升至傳感器滿量程壓力,在軟件界面上填取正量程值;升溫至需要溫度,先不加壓,待溫度、壓力穩(wěn)定后,在軟件界面上填高溫零取位值;升至傳感器滿量程壓力,重復(fù)步驟2,在軟件界面上填取高溫正量程值;將溫度調(diào)至低溫,重復(fù)步驟3相同操作;三組溫度數(shù)據(jù)界面上填好后,點(diǎn)“溫度補(bǔ)償”按鈕,完成變送器的溫度補(bǔ)償。倘若無(wú)低溫設(shè)備,無(wú)法完成上述低溫補(bǔ)償,可在取好高溫和常溫?cái)?shù)據(jù)后點(diǎn)“計(jì)算低溫”按鈕,軟件將會(huì)根據(jù)高溫和常溫?cái)?shù)據(jù),按高溫和常溫變化量的1/2線性變化推出低溫?cái)?shù)據(jù)[4-5]。
 
在HART功能診斷界面可以完成電流環(huán)測(cè)試、壓力清零、電流調(diào)整和傳感器調(diào)整。以調(diào)整一個(gè)0~1.6MPa的HART智能壓力變送器的零點(diǎn)為例,選擇電流調(diào)整的零點(diǎn)調(diào)整,自動(dòng)獲取實(shí)際環(huán)路電流值4.0092,點(diǎn)擊確認(rèn)即可完成調(diào)整工作,如圖2所示。其他調(diào)整項(xiàng)目也可以利用類似的方法輕松完成工作。操作成功后一定要返回查看是否修改成功,有的變送器在調(diào)整一次后仍然會(huì)存在偏差,我們可以采取二次調(diào)整的方法來(lái)達(dá)到理想的狀態(tài)。
使用電流調(diào)整功能調(diào)整 HART 智能壓力變送器的零點(diǎn)
4HART智能壓力變送器的檢定工作
4.1壓力變送器的檢定
調(diào)整完成后的壓力變送器就可以按照壓力變送器檢定規(guī)程的要求進(jìn)行檢定。shou先我們根據(jù)壓力變送器的量程選擇合適的壓力標(biāo)準(zhǔn)模塊,然后將壓力變送器安裝在壓力連接臺(tái)上,將變送器輸出正負(fù)極分別接在壓力控制器的24V插孔和電流測(cè)量插孔中,如圖3所示。準(zhǔn)備工作完畢后,利用上位機(jī)軟件新建一個(gè)壓力變送器檢定程序,輸入壓力變送器的量程、準(zhǔn)確度等基本參數(shù),上位機(jī)軟件通過(guò)控制指令控制壓力控制器平穩(wěn)地輸出壓力信號(hào)到各檢定點(diǎn),讀取并記錄壓力變送器的電流信號(hào)輸出直至上限;然后反方向平穩(wěn)改變壓力信號(hào)到各檢定點(diǎn),讀取并記錄輸出值直至下限,如此完成一個(gè)循環(huán)。
使用 ConST800 壓力控制器自動(dòng)檢定 HART 智能壓力變送器
4.2檢定數(shù)據(jù)的處理
通過(guò)上位機(jī)軟件可以方便地對(duì)壓力變送器的檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,并自動(dòng)生成檢定記錄和檢定證書。以一臺(tái)0.1級(jí)0~1.6MPa的ROSEMOUNT壓力
變送器為例,檢定數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄到軟件后,通過(guò)軟件計(jì)算功能輕松完成壓力變送器示值誤差和回程誤差的計(jì)算,各超差點(diǎn)會(huì)自動(dòng)標(biāo)識(shí),#終判斷檢定結(jié)果,如下頁(yè)表1所示。表1中:示值誤差的#大允許值:±0.016mA;實(shí)測(cè)值:-0.010mA;回程誤差的#大允許值:0.016mA;實(shí)測(cè)值為0.013mA;絕緣電阻:合格;絕緣強(qiáng)度:合格;外觀合格。
壓力變送器檢定記錄
4.3檢定過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)
目前智能壓力變送器的準(zhǔn)確度越來(lái)越高,#高準(zhǔn)確度已達(dá)0.05級(jí),一些錯(cuò)誤的操作很容易引起檢定結(jié)果超差。在選擇性能指標(biāo)優(yōu)異的壓力控制器檢定高精度壓力變送器時(shí),需要注意以下幾點(diǎn):
1)準(zhǔn)確度等級(jí)滿足規(guī)程要求,壓力控制器綜合不確定度滿足被檢壓力變送器的1/3或1/4的要求。
2)環(huán)境溫度對(duì)高精度壓力變送器的檢定數(shù)據(jù)也會(huì)造成較大的影響,因此要求被檢變送器送達(dá)實(shí)驗(yàn)室后必須在檢定條件下放置2h,達(dá)到溫度平衡后再進(jìn)行檢定。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度也應(yīng)保持在規(guī)程允許的范圍內(nèi)。
3)將壓力控制器的控制穩(wěn)定性指標(biāo)設(shè)定在一個(gè)較高的值,如壓力穩(wěn)定條件設(shè)置為0.003%FS。
4)超調(diào)量盡量小,可適當(dāng)調(diào)低控制器控壓速度,保證檢定過(guò)程中升壓和降壓過(guò)程平穩(wěn),準(zhǔn)確記錄檢定數(shù)據(jù)。
5)在檢定一些較大體積的壓力變送器時(shí),需要使用壓力連接管,應(yīng)盡量保證標(biāo)準(zhǔn)器的感壓點(diǎn)高度和被檢壓力變送器感壓點(diǎn)在同一水平面上,否則就需要對(duì)液柱進(jìn)行修正,此時(shí)要注意修正值的正負(fù),錯(cuò)誤的修正會(huì)引入更大的誤差。
6)部分變送器存在阻尼設(shè)置,讀數(shù)時(shí)需要先將壓力變送器的阻尼調(diào)整為零,或等待壓力變送器穩(wěn)定后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
 
5結(jié)語(yǔ)
這種HART智能壓力變送器檢測(cè)方法的應(yīng)用,無(wú)論在準(zhǔn)確度還是自動(dòng)化程度方面都是傳統(tǒng)方法不可比擬的。該方法只需一套設(shè)備就解決了HART智能壓力變送器所有的檢測(cè)問(wèn)題,wuxu任何其他輔助設(shè)備�;趬毫刂破骱蜕衔粰C(jī)壓力自動(dòng)檢定系統(tǒng)的的檢測(cè)方法不僅完全滿檢定規(guī)程的要求,而且可以自動(dòng)記錄和處理檢測(cè)數(shù)據(jù),大大縮短檢測(cè)時(shí)間,特別適合于實(shí)驗(yàn)室周期性、大批量的HART智能壓力變送器的檢測(cè)工作。
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