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差壓變送器進行計量的相關問題分析與研究
差壓變送器的使用在工業(yè)生產(chǎn)中是普遍存在的，隨著生產(chǎn)中工藝要求越來越高，對于差壓變送器的度要求也在提高，目前在差壓變送器的計量和使用過程中，由于生產(chǎn)要求的提高速提高，出現(xiàn)了很多現(xiàn)實問題無法在現(xiàn)行的ＪＪＧ８８２－２００４《壓力變送器檢定規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）得到解釋。比如高精度、小量程范圍的差壓變送器，零位輸出如何確定，這在目前就是一個空白的有待研究的領域。為了解決用戶在生產(chǎn)中可能會遇到的此類問題，本文以使用為廣泛的二線制差壓變送器為例，對零位輸出的問題進行分析研究。對徑向角度引起的差壓變送器的零位輸出問題進行研究，研究結(jié)果顯示徑向角度對差壓變送器的輸出影響比較嚴重，微小的徑向角度都可能造成測量誤差超出大允許誤差的情況。針對以上引入的誤差的情況進行分析，從技術(shù)角度保證差壓變送器的正確使用和計量，保證量值傳遞的準確可靠。
２ 差壓變送器的原理
二線制差壓變送器（以下簡稱變送器）主要由感壓單元、信號處理與轉(zhuǎn)換單元以及顯示單元（有些不包含）組成，如圖１所示。其供電電壓為包含有２４ＶＤＣ的一個直流電壓范圍，在使用和計量過程中都默認為２４ＶＤＣ供電，其輸出信號為４～２０ｍＡ。流電壓范圍，在使用和計量過程中都默認為２４ＶＤＣ供電，其輸出信號為４～２０ｍＡ。圖１ 二線制差壓變送器組成示意圖變送器的信號輸出連接方式如圖２所示，在計量過程中有時會用過程儀表校驗器替代電源、直流電流表部分。變送器的輸入部分連接如圖３所示，計量過程中往往會將壓力１選擇直接通大氣。使用過程中只有壓力１、壓力２，沒有壓力源部分。
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根據(jù)《規(guī)程》要求，在規(guī)定的環(huán)境條件下逐項完成外觀檢查、密封性檢查、絕緣電阻、絕緣強度、基本誤差、回程誤差、靜壓影響的計量檢定項目，密封性和絕緣強度僅在檢定中進行，后續(xù)檢定可以不做。靜壓影響也是在檢定中進行，后續(xù)檢定在必要時進行。
簡單介紹變送器計量過程中的幾個容易出錯的方面。１）檢定點的選擇：檢定點的選擇應按量程基本均勻分布，一般應包含上限值、下限值（或其附近輸入量程１０％以內(nèi)），不少于５個點。準確度等級優(yōu)于０．１級的變送器應不少于９個點。
２）每個檢定的標準輸出值Ａｉ的確定，如式（１）所示：Ａｉ＝４＋ Ｐｉ－Ｐ０ＰＭＡＸ－ＰＣ（２Ｄ－４） （１）式中：Ｐｉ為第ｉ個檢定點的壓力值，單位Ｐａ／ｋＰａ／ＭＰａ；Ｐ０為下限點的壓力值，單位Ｐａ／ｋＰａ／ＭＰａ；ＰＭＡＸ為上限點的壓力值，單位Ｐａ／ｋＰａ／ＭＰａ。
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在日常計量中，發(fā)現(xiàn)變送器在計量中還存在一些《規(guī)程》中未涉及到，但是對計量和科研生產(chǎn)卻存在較大影響的問題，如變送器零位輸出受安裝角度影響的問題。在實驗室計量過程中，尤其是高精度、小量程（尤其是微壓范圍）的變送器計量過程中，零位輸出如何確定，這類現(xiàn)象就很容易出現(xiàn)。
以某品牌某型號的變送器為例進行說明［９］。被選擇的變送器的穩(wěn)定性和重復性都很好，環(huán)境因素不發(fā)生變化（主要是安裝角度）的情況下，６ｈ內(nèi)輸出飄移小于０．００１ｍＡ，回程誤差及重復性誤差都小于０．００２ｍＡ。其準確度等級為０．０７５％，測量范圍０～１００ｋＰａ，供電電壓２４ＶＤＣ，輸出４～２０ｍＡ，輸出大允許誤差為±０．０１２ｍＡ［１０］。將變送器的Ｈ端安裝在壓力源上，檢定介質(zhì)為空氣，Ｌ端通大氣，當壓力源壓力為０時，變送器標準示值調(diào)整為零，標準輸出調(diào)整為４．０００ｍＡ。安裝變送器的位置由于外力影響發(fā)生了微小角度的徑向偏轉(zhuǎn)，瞬間輸出就發(fā)生了很大的變化（甚至出現(xiàn)超差），而且想再找回４．０００ｍＡ輸出的位置就比較難了。
為了驗證差壓變送器的位置變化對變送器輸出的影響。就以此變送器為實驗樣本做了以下幾組實驗［１１－１２］，實驗地點：力學實驗室，環(huán)境溫度：２０℃，實驗中６ｈ內(nèi)溫度變化不大于１℃，相對濕度５７％ ＲＨ，壓力源：５～２５０ｋＰａ，０．０２級活塞式壓力計１臺，３等水平儀１只。實驗中使用水平儀對安裝位置徑向水平進行測量，橫向保持不變。實驗一對實驗樣本安裝（用水平儀保證水平）在標準壓力源上，使用ＨＡＲＴ手操器進行零點和滿量程的調(diào)整后，分別進行兩次測量（間隔１ｈ）。測量結(jié)果如表１所示。
表１ 實驗一測量數(shù)據(jù)
實驗二在實驗一第２次測量完之后，在Ｌ端所在的儀表與支撐物接觸面之間加入一張Ａ４紙（用水平儀測量，仍然保持水平位置），分別進行兩次測量（兩次間隔１ｈ）。測量結(jié)果如表２所示。
表２ 實驗二測量數(shù)據(jù)
實驗三在實驗二第２次測量完成之后，去掉Ｌ端加入的Ａ４紙，在Ｈ端所在的儀表與支撐物接觸面之間加入一張Ａ４紙（用水平儀測量，仍然保持水平位置），分別進行兩次測量（間隔１ｈ）。測量結(jié)果如表３所示。
表３ 實驗三測量數(shù)據(jù)
綜合上述３組實驗的測量數(shù)據(jù)，可以明確得到結(jié)論：此類差壓變送器零位輸出受安裝角度影響很大，３組實驗的測量數(shù)據(jù)都基于此變送器水平位置安裝（水平儀的誤差范圍內(nèi)），測量得到的。但同一測量點的測量數(shù)據(jù)的大差值達到了０．００４ｍＡ，而其大允許誤差為±０．０１２ｍＡ，６ｈ內(nèi)輸出飄移小于０．００１ｍＡ。因此引入的誤差對計量和科研生產(chǎn)的影響就可想而知了。
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在日常計量工作中，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的問題，將變送器水平安裝在壓力源上，壓力源壓力為０時，變送器零位輸出嚴重超差，將變送器徑向微調(diào)一個角度，變送器輸出值恢復正常，這種狀態(tài)下，完成整個計量檢定過程，檢定結(jié)果為合格。為了保證變送器的正確使用，作為計量人員，這一情況應及時與變送器的用戶進行溝通。一般有兩種情況：
１）跟用戶溝通后，確定用戶使用位置是活動的，且用戶不要求對變送器的輸出進行調(diào)整，微調(diào)徑向安裝角度，保證零位輸出值正常，完成計量檢定，應在檢定證書中體現(xiàn)水平位置零點輸出值，給出備注，使用中安裝完成后，對零點進行測量，保證零點輸出在某點的某一允許誤差范圍內(nèi)才能正常使用。
２）跟用戶溝通后，確定用戶可以保證水平安裝，對差壓變送器在水平狀態(tài)下進行零點和滿量程的調(diào)整，完成計量檢定，需要在檢定證書中體現(xiàn)水平位置未調(diào)整之前零點的輸出值，給出備注，此變送器使用中安裝使用，必須保證徑向水平，保證零點輸出值在某一允許誤差范圍內(nèi)才能正常使用。
６ 結(jié) 論
由于差壓變送器的計量和使用中存在零位輸出受安裝角度影響的問題，現(xiàn)有《規(guī)程》中沒有明確規(guī)定，對計量和使用都存在一些誤讀和誤導。所以有必要對差壓變送器單獨設立檢定規(guī)程，或設立對應的技術(shù)規(guī)范對現(xiàn)有規(guī)程進行補充，對差壓變送器安裝的徑向角度做出相應規(guī)定，保證差壓變送器計量量值傳遞準確可靠，為科研生產(chǎn)保駕護航。