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壓力變送器
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淺談關(guān)于環(huán)境溫度對(duì)智能變送器測(cè)量的影響

作時(shí)間:2019-09-24  來(lái)源:  作者:
   
摘要:在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,確保工藝參數(shù)有效控制的基礎(chǔ)便是實(shí)現(xiàn)各種模擬量數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性,以確保工藝控制的精que性。但參數(shù)檢測(cè)主要通過(guò)儀表傳感器轉(zhuǎn)換為各種信號(hào),其中變送器在各種儀表中#為普遍使用。壓力變送器與差壓變送器屬于變送器的主要類型,以有效測(cè)量差壓、液位、流量、壓力以及密度等參數(shù)。其中環(huán)境溫度會(huì)嚴(yán)重影響其信號(hào)的采集效果,尤其在濕度較大且低溫環(huán)境中,儀器設(shè)備極易發(fā)生故障問(wèn)題,使得參數(shù)測(cè)量不夠準(zhǔn)確,甚至還會(huì)損壞儀表,影響正常的生產(chǎn)過(guò)程,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失問(wèn)題。為了確保智能變送器的正常運(yùn)行,應(yīng)采用各種措施降低環(huán)境溫度對(duì)變送器的影響。
1 引言
智能化變送器屬于溫度變送器,結(jié)合了傳感器技術(shù)與附加電子部件,可以有效遠(yuǎn)程設(shè)定、修改組態(tài)數(shù)據(jù)信息,滿足了順應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的要求。隨著工業(yè)及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,越來(lái)越多的地方開(kāi)始使用智能變送器,且其類型也逐漸增多。智能變送器在運(yùn)行期間對(duì)技術(shù)具備一定要求,且環(huán)境溫度也會(huì)影響其運(yùn)行效果。在化工生產(chǎn)過(guò)程中,環(huán)境溫度的變化將會(huì)直接影響化工生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性與安全性。本文便據(jù)此分析了環(huán)境溫度對(duì)智能變送器的影響,并指出了具體的應(yīng)用過(guò)程,以期為此后智能變送器的應(yīng)用提供更多的借鑒依據(jù)。
2 智能變送器概述
2.1 概述
智能變送器屬于溫度變送器,主要結(jié)合傳感器技術(shù)與附加的電子部件,以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)定與遠(yuǎn)方修改組態(tài)數(shù)據(jù)信息。具體而言,智能變送器是基于微處理器的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表,其中智能指的是變送器與傳感器由微處理器驅(qū)動(dòng),具備自動(dòng)診斷與自動(dòng)通信的能力。美國(guó)#早發(fā)了智能變送器,其除了具備較高的穩(wěn)定性與精que度在,還帶有本公司協(xié)議,后期產(chǎn)品帶有符合現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 FF 協(xié)議,可以改為數(shù)字式的顯示表。利用系統(tǒng)控制遠(yuǎn)程組態(tài),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)定或修改變送器的組態(tài)數(shù)據(jù)。
2.2 智能變送器特點(diǎn)
作為變送器的核心組件,微處理器可以有效計(jì)算、存儲(chǔ)以及處理測(cè)量數(shù)據(jù),并通過(guò)反饋回路調(diào)節(jié)傳感器,確保數(shù)據(jù)的采集有效性。微處理器具備硬件與軟件功能,可以有效完成傳統(tǒng)變送器無(wú)法完成的任務(wù)。由此看出,智能變送器一定程度上降低了傳感器的制造難度,但提升了其使用性能。除此之外,智能變送器還具備以下特點(diǎn)。一是具備自動(dòng)補(bǔ)償能力,可以利用軟件自動(dòng)補(bǔ)償傳感器的非線性、時(shí)漂以及溫度等因素,通電后完成傳感器的自檢,確保傳感器各部分處于正常的運(yùn)行模式。同時(shí),可以保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性,根據(jù)自動(dòng)程序處理數(shù)據(jù),比如去除異常數(shù)值以及統(tǒng)計(jì)處理等。二是具備雙向通信功能,微處理器可以有效接收并處理數(shù)據(jù)信息,并將其反饋至傳感器,以有效調(diào)節(jié)控制測(cè)量過(guò)程,記憶儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息,包括傳感器的特征數(shù)據(jù)、補(bǔ)償特性以及組態(tài)信息等方面。三是具備數(shù)字量接口輸出功能,可以將輸出的數(shù)字信號(hào)連接計(jì)算機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)總線。
2.3 智能變送器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
智能變送器有效采用了傳感技術(shù)、微電子數(shù)字處理技術(shù)等高新技術(shù),代表著新一代變送器的崛起,具備可靠性高、測(cè)量范圍寬、量程比大以及精度高等特征,具備數(shù)字通信功能。利用現(xiàn)場(chǎng)通信控制器及通信協(xié)議的 DCS 系統(tǒng)可以變更、設(shè)定智能變送器的各種參數(shù)信息,有效實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程調(diào)試以及人機(jī)對(duì)話等功能。類似于智能儀表,智能變送器也可以進(jìn)行自我診斷,屬于代表將來(lái)現(xiàn)場(chǎng)儀表的發(fā)展方向 [ 1 ] 。
3 環(huán)境溫度對(duì)智能變送器的影響
本次研究主要討論分析環(huán)境溫度對(duì)智能變送器中硅電容與硅諧振式傳感器元件的具體影響。
3.1 硅電容傳感器
作為智能變送器中的敏感元件,硅電容傳感器體積較小,由硅材料制成。其電容的三個(gè)極在晶體硅薄片下進(jìn)過(guò)離子刻蝕等微機(jī)械工序加工而成,兩邊為固定電極,中間為可動(dòng)電極,三個(gè)極片構(gòu)成了差動(dòng)電容,利用金屬化通孔,高壓力 pH 與低壓力pL 作用在測(cè)量膜片的兩邊。當(dāng) pH 與 pL 不等時(shí),膜片便會(huì)產(chǎn)生一定比例的位移,以致一邊電容量增加,另一邊電容量減少。這種硅微電容傳感器的體積較小,響應(yīng)更快,功耗較低,便于集成。且硅材料具備優(yōu)良的性能,膨脹系數(shù)較小,沒(méi)有疲勞,儀表具備較好的溫度性能,wuxu經(jīng)常調(diào)整。同時(shí),硅膜片的工作位移較小,且位移與壓力具備良好的線性關(guān)系,且測(cè)量膜片采用溝狀結(jié)構(gòu),與理想平行版電容具備類似的移動(dòng)規(guī)律。智能變送器安裝了測(cè)溫傳感器,可以有效修正環(huán)境溫度變化帶來(lái)的熱影響,且檢測(cè)部件下部安裝了硅微電容傳感器,有效減少了溫度影響。且當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生改變時(shí),與介質(zhì)接觸的膜盒接液部分的溫度也會(huì)隨之改變 [ 2 ] 。
3.2 硅諧振式傳感器
硅諧振式傳感器屬于智能變送器的敏感元件,體積較小且功耗較低,具備較快的響應(yīng)速度,屬于微型構(gòu)件,可以與信號(hào)處理部分進(jìn)行集成。硅諧振梁結(jié)構(gòu)屬于硅諧振式傳感器的核心部分,采用了三維表面微機(jī)械加工技術(shù),可以加工為兩個(gè)大小形狀相同的 H 型諧振梁,一個(gè)在硅片的邊緣,另一個(gè)則在硅片的中央。在壓力作用下,硅片會(huì)產(chǎn)生變和應(yīng)力,伴隨膜片,兩個(gè)諧振梁也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。但受位置因素的影響,其所受應(yīng)力各不相同,一個(gè)受壓力,另外一個(gè)則受拉力,且其諧振固有頻率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。此時(shí),測(cè)量?jī)蓚(gè)諧振梁的頻率差則可以得到被測(cè)介質(zhì)的壓差。硅梁、空腔以及硅膜片等均屬于硅諧振式傳感器的組成部分,被封在微型真空中,不受空氣阻力的影響且不與灌液接觸,其制成的智能變送器具備一定的穩(wěn)定性。橫河智能變送器便采用了硅諧振式傳感器,其具備對(duì)稱結(jié)構(gòu),且硅材料的彈性較好,沒(méi)有疲勞與滯后性。傳感器諧振梁振動(dòng)頻率與差壓輸入信號(hào)存在以下關(guān)系,隨著差壓的逐漸增大,中心諧振片的振動(dòng)頻率逐漸減小,且兩者的頻率差不變。即溫度變化不會(huì)影響儀表特性,且在靜壓影響下,邊側(cè)與中心處的頻率均會(huì)下降,因此靜壓變化也不會(huì)影響儀表性能。
4 智能變送器在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用
4.1 在廢熱鍋爐液位中的應(yīng)用
廢熱鍋爐液位計(jì)主要測(cè)量天然氣制氫,此時(shí)應(yīng)采用羅斯蒙特智能變送器,以測(cè)量廢熱鍋爐的液位,或者測(cè)量溫度高、波動(dòng)大以及低壓差的液體,對(duì)測(cè)量穩(wěn)定性具備較高要求。將水隔離罐安裝至膜盒處,以防蒸汽高溫印象導(dǎo)壓硅油,減少波動(dòng)。在冬季時(shí),廢熱鍋爐液位存在較大的波動(dòng),此時(shí)應(yīng)對(duì)導(dǎo)壓管進(jìn)行伴熱保溫處理,以防環(huán)境溫度對(duì)硅微電容變送器的影響。條件允許時(shí),也可以更換使用硅諧振式變送器。
4.2 在差壓式均速管流量計(jì)中的應(yīng)用
氯化氫總管流量計(jì)以及差壓式均速管流量計(jì)以皮托管測(cè)速為基本運(yùn)行原理,直管道足夠長(zhǎng)時(shí),管內(nèi)流速分布為充分發(fā)展紊流,等速線為同心圓,測(cè)量直徑幾點(diǎn)流速即可反映整個(gè)截面的流速分布情況。硅微電容變送器并不穩(wěn)定,波動(dòng)較大,且零點(diǎn)漂移也大,并不適用于濕露氣嚴(yán)重且環(huán)境惡劣的動(dòng)態(tài),因此應(yīng)更換為硅諧振式傳感器,為工藝控制提供保障,提升測(cè)量的穩(wěn)定性。
4.3 在遠(yuǎn)傳壓力上的應(yīng)用
羅斯蒙特硅電容傳感器在于溫度較低且環(huán)境變化較大的場(chǎng)所中無(wú)法正常使用,會(huì)在天氣寒冷時(shí)報(bào)故障,更換硅諧振式傳感器變送器后,使用正常,沒(méi)有出現(xiàn)故障報(bào)警問(wèn)題。這表明硅電容傳感器受低溫影響較大,冬季使用時(shí)應(yīng)做好保溫工作。
5 智能變送器的改進(jìn)建議
一是實(shí)現(xiàn)通信的標(biāo)準(zhǔn)化與統(tǒng)一化,為了有效避免溫度因素的影響,智能變送器應(yīng)兼顧采用4-20mA模擬信號(hào),確保協(xié)議終端可以互換數(shù)據(jù)信息,在避免溫度影響因素的基礎(chǔ)上降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本與使用成本。二是重視軟件開(kāi)發(fā),擺脫照搬已有軟件程序的現(xiàn)狀,實(shí)現(xiàn)軟件編程技術(shù)的創(chuàng)新,完成變送器的二次開(kāi)發(fā)。三是實(shí)現(xiàn)全智能化,高效自動(dòng)化處理數(shù)據(jù)信息,確保高自動(dòng)控制。四是實(shí)現(xiàn)集成化,增加智能變送器的功能,不再僅僅實(shí)現(xiàn)單一功能。比如可以同時(shí)監(jiān)測(cè)電流、電壓及功率,實(shí)現(xiàn)載荷、位移的一體化。且還應(yīng)兼并開(kāi)發(fā)智能技術(shù),促使智能變送器面向集成化方向發(fā)展。五是實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域化,擴(kuò)展智能變送器的應(yīng)用范圍,除了可以應(yīng)用至石油、醫(yī)藥以及化工等行業(yè)外,還可以應(yīng)用至食品加工、家居環(huán)境實(shí)時(shí)控制以及樓宇自動(dòng)化方向 [ 3 ] 。
6 結(jié)束語(yǔ)
智能變送器儀表在經(jīng)過(guò)改造后,其自身運(yùn)行安全性與可靠性得到了明顯提升,可以有效滿足車間工藝的生產(chǎn)需求。由此看出,為了有效保證智能變送器儀器的工作效率,應(yīng)因地制宜的做好儀表選型與安裝工作,并強(qiáng)化儀表維護(hù)管理工作,采用更多先金技術(shù)。通過(guò)這些改進(jìn)后,智能變送器設(shè)備的運(yùn)行可靠性會(huì)明顯增加,儀器維修工作量明顯減少,在提升生產(chǎn)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,降低了維修成本,為企業(yè)贏得了更多的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。
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