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变送器知识讲解（压力、差压）,目录,一、变送器原理与使用二、变送器技术特性三、变送器的应用四、手操器的连接,物位仪表,根据实际使用中的变送器主要介绍电容式变送器。1.变送器原理压力和差压变送器作为过程控制系统的检测变换部分，将液体、气体或蒸汽的差压(压力)、流量、液位等工艺参数转换成统一的标准信号(如DC4mA20mA 电流)，作为显示仪表、运算器和调节器的输入信号，以实现生产过程的连续检测和自动控制。差动电容式压力变送器由测量部分和转换放大电路组成，如图,一、变送器原理与使用,测量转换电路,差动电容结构,一、变送器原理与使用,差动电容式压力变送器的测量部分常采用差动电容结构，如上图所示。中心可动极板与两侧固定极板构成两个平面型电容HC 和LC。可动极板与两侧固定极板形成两个感压腔室，介质压力是通过两个腔室中的填充液作用到中心可动极板。一般采用硅油等理想液体作为填充液，被测介质大多为气体或液体。隔离膜片的作用既传递压力，又避免电容极板受损。当正负压力(差压)由正负压导压口加到膜盒两边的隔离膜片上时，通过腔室内硅油液体传递到中心测量膜片上，中心感压膜片产生位移，使可动极板和左右两个极板之间的间距不相对，形成差动电容，若不考虑边缘电场影响，该差动电容可看作平板电容。差动电容的相对变化值与被测压力成正比，与填充液的介电常数无关，从原理上消除了介电常数的变化给测量带来的误差。,一、变送器原理与使用,（1）电气接线 拆下标记“FIELD TERMINALS”电子外壳。将正极导线接到“PWR/COMN”接线端子上，负极导线接到“-”接线端子上。注意不得将带电信号线与测试端子（test）相连，因通电将损坏测试线路中的测试二极管。应使用屏蔽的双绞线以获得最佳的测量效果，为了保证正确通讯，应使用24AWG或更高的电缆线。用导管塞将变送器壳体上未使用的导管接口密封。重新拧上表盖。（2）电子室旋转电子室可以旋转以便数字显示位于最好的观察位置。旋转时，先松开壳体旋转固定螺钉。然后进行调整。,一、变送器原理与使用,2.变送器的使用,3.投运和零点校验一体化三阀组与差压变送器投入运行时的操作程序：首先，打开差压变送器上两个排污阀，而后打开平衡阀，再慢慢打开二个截止阀，将导压管内的空气或污物排除掉，关闭二个排污阀，再关闭平衡阀，变送器即可投入运行。差压变送器零点在线校验操作程序：先打开平衡阀，关闭二个截止阀，即可对变送器进行零点校验。三阀组的调整状态如下图所示。以罗斯蒙特3051型差压变送器为例介绍差压变送器的调零。松开电子壳体上防爆牌的螺钉，旋转防爆牌，露出零点调节按钮。（注意，有两个按钮，一个为零点调节按钮（ZERO），另一个为恢复默认设置按钮（SPAN），注意选择零点调节按钮。给变送器加压，压力值等于4mA输出对应的压力值。按下零点调节按钮2秒钟，检查输出是否变成4mA。带有表头的变送器会显示“ZERO PASS”。,一、变送器原理与使用,调零时三阀组状态,差压变送器调零注意事项：零位调整螺钉和量程调整螺钉切勿搞混、搞错。安装现场切勿进行差压变送器的量程调整；变送器调零时正负压室及两侧引压管温度必须相同，如果两侧有温差则调整的零点会随时间产生漂移；若在现场用变送器进行正、负迁移补偿，则应在投运运状态下做零位调整。若迁移量过大，则不能再差压变送器上进行迁移补偿。,一、变送器原理与使用,二、变送器技术特性,1.测量范围、上下限及量程每个用于测量的变送器都有测量范围，它是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限（LRV）和测量上限(URV),简称下限和上限。变送器的量程可以用来表示其测量范围的大小，是其测量上限值与下限值的代数差即：量程=测量上限值一测量下限值 使用下限与上限可完全表示变送器的测量范围，也可确定其量程。,2.零点迁移和量程调整在实际使用中，由于测量要求或测量条件的变化，需要改变变送器的零点或量程，为此可以对变送器进行零点迁移和量程调整。量程调整的目的是使变送器的输出信号的上限值与测量范围的上限值相对应。如图为变送器量程调整前后的输入输出特性。由图可见，量程调整相当于改变变送器输入输出特性的斜率，由特性1到特性2的调整为量程增大调整。反之，由特性2到特性1的调整为量程减小调整。,变送器上限调整,二、变送器技术特性,在实际测量中，为了正确选择变送器的量程大小，提高测量准确度，常常需要将测量的起点迁移到某一数值(正值或负值)，这就是所谓零点迁移。在未加迁移时，测量起始点为零；当测量的起始点由零变为某一正值时，称为正迁移；反之，当测量的起始点由零变为某一负值时，称为负迁移。零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值与测量信号的下限值相对应。下图为变送器零点迁移前后的输入输出特性。由图中可以看出，零点迁移后变送器的输入-输出特性沿x坐标向右或向左平移了一段距离，其斜率并没有改变，即变送器的量程不变。若采用零点迁移，再辅以量程压缩，可以提高仪表的测量精确度和灵敏度。,二、变送器技术特性,变送器零点迁移,二、变送器技术特性,零点正、负迁移是指变送器零点的可调范围，但它和零点调整是不一样的。零点调整是在变送器输入信号为零，而输出不为零(下限)时的调整；而零点正、负迁移，是在变送器的输入不为零时，输出调至零(下限)的调整。如果差压变送器的低压引入口有输入压力，高压引入口没有，则将输出调至零(下限)时的调整，称为负迁移；如果差压变送器的高压引入口有输入压力，低压引入口没有，则把输出调至零(下限)的调整，称为正迁移。由于迁移是在变送器有输入时的零点调整，所以迁移量是以能迁移多少输入信号来表示，或是以测量范围的百分之多少来表示。,二、变送器技术特性,由于同一台变送器，其使用范围有大有小，所以迁移量也成了有大有小。大多数厂家生产的变送器，迁移量都是以最大量程的百分数来表示的。例如有的变送器零点正负迁移为最大量程的100，这就是说，如果变送器的测量范围为031.1kPa至0186.8kPa，则当变送器高或低压引入口通0186.8kPa范围内的任意压力时，其零点都可以迁到4mA。不过高压引入口通186.8kPa的压力已经是测量范围上限了，再通就是超压，把零点调成4mA DC不是不可能，但已是没有意义了，所以一般还补充一句，零点迁移量与使用量程之和不能超过测量范围的限值。即,二、变送器技术特性,3.四线制与二线制 变送器大都安装在现场，其输出信号送至控制室中，而它的供电又来自控制室。变送器的信号传送和供电方式通常有两种：（1）四线制供电电源与输出信号分别用两根导线传输，其接线方式如图所示。这样的变送器称为四线制变送器。DDZ-系列仪表的变送器采用这种接线形式。由于电源与信号分别传送，因此对电流信号的零点及元件的功耗没有严格的要求。供电电源可以是交流(220V)电源或直流(24V)电源，输出信号可以是死零点(010mA)或活零点(420mA)。,二、变送器技术特性,四线制传输,二线制传输,二、变送器技术特性,（2）二线制对于二线制变送器，同变送器连接的导线只有两根，这两根导线同时传输供电电源和输出信号，如图所示。可见，电源、变送器和负载电阻是串联的。二线制变送器相当于一个可变电阻，其阻值由被测参数控制。当被测参数改变时，变送器的等效电阻随之变化，因此流过负载的电流也变化。,二线制变送器必须满足如下条件：变送器的正常工作电流，必须等于或小于信号电流的最小值由于电源线和信号线公用，电源供给变送器的功率是通过信号电流提供的。在变送器输出电流为下限值时，应保证它内部的半导体器件仍能正常工作。因此，信号电流的下限值不能过低。因为在变送器输出电流的下限值时，半导体器件必须有正常的静态工作点，需要由电源供给正常工作的功率，因此信号电流必须有活零点。国际统一电流信号采用420mADC，为制作二线制变送器创造了条件。,二、变送器技术特性,二线制变送器必须采用直流单电源供电。所谓单电源是指以零电位为起始点的电源，而不是与零电压对称的正负电源。变送器的输出端电压U等于电源电压与输出电流在RL及传输导线电阻r上的电压降之差。为保证变送器正常工作，输出端电压值只能在限定的范围内变化。如果负载电阻增加，电源电压就需增大；反之，电源电压可以减小；如果电源电压减小，负载电阻就需减小；反之，负载电阻可以增加。,由于二线制变送器供电功率很小，同时负载电压随输出电流及负载阻值变化而大幅度变化，导致线路各部分工作电压大幅度变化。因此，制作二线制变送器时，要求采用低功耗集成运算放大器和设置性能良好的稳压、稳流环节。二线制变送器的优点很多，可大大减少装置的安装费用，有利于安全防爆等。因此，目前世界各国大都采用二线制变送器。,二、变送器技术特性,4.供电方式 电动仪表都需要电源供给能量，供电方式在电动仪表中也是一个重要问题。现在的电动仪表大致有两种供电方式：交流供电和直流集中供电。(1)交流供电。在各个仪表中分别引入工频220V交流电压，再用变压器降压，然后进行整流、滤波及稳压作为各自的电源，在早期的电动仪表系统中多用这种供电方式。缺点是：这种供电方式需要在每块表中附加电源变压器、整流器及稳压器线路，因此增加了仪表的体积和重量；变压器的发热增加了仪表的温升；220V交流直接引入仪表中，降低了仪表的安全性。(2)直流集中供电。直流集中供电是各个仪表统一由直流低电压电源箱供电。工频220V交流电压在电源箱中进行变压、整流、滤波以及稳压后供给各仪表电源。集中供电的好处很多：每块表省去了电源变压器、整流及稳压部分，从而缩小了仪表的体积，减轻了仪表的重量，并减少了发热元部件，使仪表温升降低；由于采用直流低电压集中供电，可以采取防停电措施，所以当工业用220V交流电断电时，能直接投入直流低电压(如24V)备用电源，从而构成无停电装置；没有工业用220V交流电进入仪表，为仪表的防爆提供了有利条件。,二、变送器技术特性,5.阻尼特性 差压变送器常用来和节流装置配合测量流体流量，也可根据静压原理测量容器内的介质液位，流量、液位这两种物理参数有时很容易波动，致使记录曲线很粗很大，看不清楚，为此变送器内一般都有阻尼(滤波)装置。阻尼特性以变送器传送时间常数来表示，传送时间常数是指输出由0升到最大值的63.2时的时间常数。阻尼越大，则时间常数越长。变送器的传送时间分两部分，一部分是组成仪表的各环节的时间常数，这一部分是不能调的，电动变送器大概为零点几秒；另一部分是阻尼电路的时间常数，这一部分是可以调的，从几秒到十几秒。,二、变送器技术特性,差压、压力变送器除了用于测量工业生产过程中的差压、压力参数外，还可和多种传感元件配套，测量流体流量，测量容器中的介质液位，料位，以及在监测和控制系统中作为一个环节，参与各种运算。,三、变送器的应用,一、流量测量1.节流式流量计差压变送器用得最广的是和节流装置配合，测量各种流体的流量。节流装置包括节流元件、上下游连接的直管和引压装置三邵分，其中最基本的是节流元件，主要的有孔板、文丘利管和喷嘴三种，如图。在工业生产过程中，测量流量的仪表是很多的，但差压式流量计所占的比例最大，用得最为广泛，其结构简单、可靠，无可动部件，不怕振动，能耐高温、低温和其他恶劣条件;差压式流量计既能测液体，又能测气体和蒸气流量;由标准节流装置组成的差压流量计不用标定。,(a)孔板（b）喷嘴（c）文丘里管 标准节流元件,三、变送器的应用,2.内藏孔板流量计 内藏孔板流量计是将节流元件设计在差压变送器的检测部件内部，用以测量微小流量的一种变送器。它属于差压类流量计中的一种。这种仪表适用于测量50以下管道的流体流量。因为孔板嵌装在变送器内部，和变送器做成一体，所以没有常规节流元件那样的引压装置，安装特别简单。差压变送器是成熟仪表，精度高，稳定性好，一般仪表人员都比较熟悉。它和小口径节流装置制作成一体，结构简单牢固，无可动部件，适应介质范围广，气体、液体、蒸汽均可测量。,三、变送器的应用,差压、压力变送器的另一个用途是用于测量容器内液体的液位、界位，以及固体颗粒的料位。,1.静压液位计 容器中盛有液体或固体物料时，由于液体或物料受重力的作用，它们会对容器底部或侧壁产生一定的静压力。当液体或物料的密度均匀，此静压力与液体的高度成正比，测出了容器底部的静压力，就可知道液位高度。P=gh 式中:p一容器底部的静压力,Pa;h容器内介质液位，m;,三、变送器的应用,-一液体密度，kg/m3;g一重力加速度，m/s2。通过测静压来测量容器液位的静压液位计，可分为两类:用于测量开口容器液位的压力式液位计;下图为开口容器液位测量示意图，测量仪表可以用差压变送器，也可以用压力变送器。用差压时，低压引压口通大气。,三、变送器的应用,开口容器液位测量示意图,闭口容器液位测量示意图,三、变送器的应用,用于测量闭口容器液位的差压式液位计。用静压式液位计测量闭口容器液位时，变送器的示值除了与液柱的静压力有关外，还与液位上面的气相压力有关，所以变送器的输出既受液位的变化，还受气相压力的变化而变化。为了消除气相压力的影响，需要采用差压式液位计测量，如上图闭口容器的液位测量示意图所示。容器底部压力引至变送器高压侧，上部压力引至变送器低压侧。,三、变送器的应用,2.双室平衡容器差压液位计双室平衡容器用于测量下业锅炉的汽包水位，因为汽包内温度高，压力高，如不采取特殊装置，则两引压导管内的温度无法恒定。下图为双室平衡容器的结构与测量原理图。它由内管容室1和冷凝室2组成，其中冷凝室2通过接管3与汽鼓4的蒸汽空间相连。工作时，冷凝室中的蒸汽不断冷凝成水，多余的凝结水不断地通过连接管3溢流回汽鼓，从而使凝结水保持恒定高度口容室1为冷凝室2中的管子，通过接管5与汽鼓的容水空间相连，这样容室1中的水位便随汽鼓待测水位的变化而变化。这种平衡容器使得冷凝室2和容室1的水温基本相同。并维待在蒸汽的饱和温度不变，因而可以减少由于温度不同而产生的误差。双室平衡容器实质上是一个水位一差压的转换装置，它根据连通器原理，将汽包水位转换为两个容室中的压力差，并通过测此压力差来测量汽包水位。,三、变送器的应用,1内管容室，2一冷凝室;3，5一接杆;4一汽包 双室平衡容器的工作原理,三、变送器的应用,四、手操器的连接,变送器以罗斯蒙特3051，手操器以HART 375为例进行介绍。,1、连接方式3051 或其它压力变送器与HART 375 手操器的接线如图所示，现场可接在表的电源端子处，控制室可接在信号端子处。回路电阻应保证在2501000 的范围内。,1.1 进入在线画面打开电源开关，等待HART 375进入主菜单画面，如图所示界面，此界面有五个选项栏，分别为：HART 应用、现场总线应用、手操器设置、与PC通讯和写字板。,HART 375主界面,四、手操器的连接,使用光标笔双击“HART 应用栏”，如果手操器与变送器通讯正常，则画面应转入在线画面，如图所示界面，这个界面会显示在线变送器的各个实时参数，比如实时的过程变量值、电流输出值、量程上限与下限值，其中最重要的是仪表设置这个选项，他是变送器能够进行组态的关键菜单。,与变送器连接在线画面,四、手操器的连接,2、3051型变送器的组态：3051型变送器常用HART手操器进行组态。对常用的变送器功能，列出了快捷键指令序列。只要在联机（Online）菜单中，按下这些快捷键指令序列，即可执行所需要的变送器功能。步骤如下；1.3.2.1 拧下变送器接线盒端盖，将HART手操器的“+”、“-”表笔，分别挂在变送器“LOOP”回路的“+”、“-”接线端子上；打开手操器电源，选择“On line”，使手操器处于联机状态，即可以出现联机（Online）菜单。（注：以下组态均是快捷键指令）,四、手操器的连接,四、手操器的连接,1.3.2.2设定过程变量单位：1（设备设置），3（基本设置），2（单位）；1.3.2.3设定输出模式（即设定变送器的输出为线性或平方根）：1（设备设置），3（基本设置），5（输出功能）；1.3.2.4重设量程（即设定4mA和20mA分别对应的过程量的值）：4（量程下限值）或5（量程上限值）。注意：该量程值应在变送器的量程范围内；当位于电子线路板面板上的变送器保护功能跳线开关位于“ON”位置，将不能调整零点和量程。1.3.2.5设定阻尼：1（设备设置），3（基本设置），6（阻尼）；,四、手操器的连接,1.3.2.6微调：当传感器校验的最大引用误差不满足现场精确度（一般为0.25）要求时，需要对变送器进行微调。变送器的微调可分为传感器微调（模数微调）和输出微调（数模微调）两种。在决定使用哪一个微调步骤时，首先确定是变送器线路板的模/数转换部分要校验，还是数/模转换部分要校验，可按以下步骤进行：1.3.2.6.1 将压力源、HART手操器和数字式读数装置与变送器相连1.3.2.6.1.2使变送器与手操器见通讯；1.3.2.6.1.3给变送器施加一定的压力（如100KPa）；1.3.2.6.1.4将所加压力与手操器联机（Online）菜单上的“过程变量”（PV）相比较，如果两值不符，且测试设备准确无误，则要进行传感器微调；,四、手操器的连接,1.3.2.6.1.5将手操器联机菜单上的“模拟量输出（AO）”与数字式读数装置上的读数相比较。如果两值不符，且测试设备准确无误，则可进行输出微调；下面分别介绍两种微调的方法。1.3.2.6.2传感器微调（即模数微调）：包括零点微调和完全微调1.3.2.6.2.1零点微调1.3.2.6.2.1.1变送器通大气，并且将手操器与测量回路相连；1.3.2.6.2.1.2从手操器主菜单中选择1（设备设置）、2（诊断和维修）、3（校验）、3（传感器微调）、1（零点微调）；注意：变送器必须在真零（以零为基础）的3%之内，才可进行零点微调。1.3.2.6.2.1.3依照手操器提供的指令完成零点微调的调整。1.3.2.6.2.2完全微调1.3.2.6.2.2.1完全微调时需连上压力输入源（精度至少三倍于变送器精度）、HART手操器、读数装置及变送器，和电源。,四、手操器的连接,2.6.2.2.2从联机菜单中选择1（设备设置）、2（诊断和维修）、3（校验）、2（下限传感器微调）1.3.2.6.2.2.3遵循手操器提供的指令，完成对下限值的调整；1.3.2.6.2.2.4重复以上步骤调整上限值，将步骤2中的2（下限传感器微调）用3（上限传感器微调）代替即可。1.3.2.6.3输出微调（即数/模微调）：1.3.2.6.3.1在联机菜单中选择1（设备设置）、2（诊断和维修）、3（校验）、2（输出微调）、1（数/模微调）。并将控制回路设定在手动方式，选择“OK”；1.3.2.6.3.2 根据“连接参考表”的提示，将一个精确的参考安培表与变送器相连；注意+、-；连接好后选择“OK”；1.3.2.6.3.3 在“将现场装置输出设定为4mA”提示下，选择“OK”，则变送器输出应为4mA；1.3.2.6.3.4记录下参考表的实际数值，在“输入仪表值”提示下将该值键入，手操器提示核实输出值是否等于参考表上的值1.3.2.6.3.5 如果参考表上的数值等于变送器输出值，则可选择1（Yes）；否则，可选择2（No）。如果选择1，则可进入步骤2.6.3.6如果选择2，则要重复步骤2.6.3.41.3.2.6.3.6在“将现场装置输出设定为20mA”提示下，选择“OK”，并且重复步骤以上两步骤，直至参考表读数等于变送器输出值为止。1.3.2.6.3.7将控制回路返回至自动控制之后，选择“OK”。,四、手操器的连接,3、常见故障,四、手操器的连接,结束,