壓力變送器后續檢定與數據處理

[摘要]以0.5級3051系列壓力變送器為例,針對大中型企業在用壓力變送器后續檢定的需要,闡述了一種現場檢定的解決方案,詳細列舉了檢定前的準備工作、注意事項及檢定過程。同時對檢定規程中有關數據處理方面的條文進行了探討,以供廣大計量檢定人員參考。
1背景
　　壓力變送器主要應用于能源、化工、醫藥等大型工業企業的生產用壓力管道中，通過測量被測點壓力并用標準信號輸出達到自動化生產及安全監控的目的。壓力變送器按照輸出信號可以分為兩大類即電動壓力變送器和氣動壓力變送器。電動壓力變送器的輸出信號為0~10mA、(4~20)mA的直流電流或者(1~5)V的直流電壓;氣動壓力變送器的輸出信號為20kPa~100kPa的氣體壓力。壓力變送器按照被測壓力可以分為絕壓壓力變送器、表壓壓力變送器和差壓壓力變送器。
　　其中輸出信號為(4~20)mA的直流電流的表壓.及差壓變送器最為常用，以此類變送器作為主要討論對象，并以0.5級的羅斯蒙特3051CD/CG系列壓力變送器為例。這種(4~20)mA制式的壓力變送器，一般采用兩線制接法，優點是:抗干擾性能好;電流源內阻無窮大，電流傳輸不存在線電阻損失，可直接傳輸距離達數公里;也不會因電源接反而燒表,還易于判斷線路通斷。上限設為20mA是因為防爆的要求:在24V直流電壓下，20mA的電流通斷引起的火花能量不會引燃瓦斯等可燃氣體。下限設為4mA的原因是為了能檢測斷線:正常工作時最低電流為4mA，當傳輸線路因故斷線時，電流降為0mA。
　　在壓力變送器的后續檢定中，由于變送器在企業生產中應用廣泛，數量眾多，且體積較大，運輸不便，很難做到送檢;而在線現場檢定又受環境影響較大，且效率較低。為及時正確地進行在用壓力變送器的后續檢定工作，與被檢單位協商，由被檢單位提供滿足規程中環境溫度要求(15C~25℃)的工作間，將被檢壓力變送器拆卸并送至該工作間，由檢定員開展變送器的后續檢定工作。這種形式的檢定，既保證檢定規程要求的環境要求，又能提高工作效率，可滿足壓力變送器使用數量較多的中大型能源、化工、醫藥等企業對于在用壓力變送器的后續檢定需求。
2檢定前的準備工作
2.1標準器的選擇
　　按照JJG882-2004《壓力變送器檢定規程》中的規定，標準器應選擇便攜，抗干擾性能良好的數字壓力計及數字多用表(現在多用數字壓力檢驗儀提供壓力、電流測量及24V輸出)。壓力源應配備氣動泵:提供(-100~500)KPa壓力和液壓泵:提供500KPa以.上壓力。
2.2被檢變送器的處理
　　由于后續檢定的對象是在用的壓力變送器，使用過程要接觸大量化學物質、高溫蒸汽等,其接口處的雜質較多且易產生銹蝕，應用細砂紙或鋼絲球將接口橫端面清潔干凈，以使其與壓力源接口處的密封墊片緊密接觸，在加壓過程中不發生泄露。變送器的壓力傳感腔室往往積存雜質及殘液，在檢定時會混入造壓介質中造成污染或堵塞管路影響造壓，應對其進行清潔，將接口對應側通氣閥打開并將接口朝下靜置3分鐘同時將殘液放凈，待排凈殘液后將通氣閥擰緊。
2.3檢定點的選取
　　按照規程規定包括上下限在內的5個點，分別為:0%FS、25%FS、50%FS、75%FS、100%FS,對應輸出電流為:4mA、8mA、12mA、16mA、20mA。
2.4關于躍遷及處理方法
　　在用壓力變送器往往會由于種種原因進行量程的躍遷，如果變送器進行了量值遷移，應首先計算對應的壓力上下限差值，按常規檢定合格后再用HART375手操器重新遷移回工作狀態，這樣既保證了被檢變送器的檢定符合規程要求又可滿足實際使用。
2.5接線
　　變送器在靜置1小時后達到熱平衡，此時可將變送器安裝到壓力源對應快速接口，上，壓力標準模塊接另一側快速接口。接線方式按照兩線制壓力變送器工作原理先將24V電源正極接數字多用表正極，再將數字多用表負極接壓力變送器正極，然后將壓力變送器負極接電源負極，最后檢查接線無誤后接通24V電源，要注意盡量按照先接線后通電的順序，這樣可以避免接線過程中由于帶電接頭碰觸導致短路燒毀電源。
2.6檢定前調整
　　由于檢定過程中不允許再調整零點及量程，在檢定開始前首先要確定被檢變送器的零點及滿量程是否超差，以便提高檢定效率。3051系列變送器在接線柱端口側方有兩個按鍵，分別標明“Z”和“S”，Z按鍵調零，S按鍵調滿量程。首先把阻尼調整至最小，在壓力源加載0%FS壓力值時，如果超差則按住變送器上Z端口5秒以上，使輸出電流為4mA。再使壓力源加載100%FS，超差則按變送器上S端口5秒以上，使輸出電流為20mA。由于調節滿量程對零點會有影響，這時要重新加載0%FS壓力值看零位輸出是否超差。而零位調整基本不會影響滿量程輸出，這一循環進行后基本就可以開始檢定工作。
3檢定項目
3.1外觀檢查
(1)按照規程規定目測變送器的銘牌是否完整、清晰，首先要檢查是否具有CMC標識，這是計量器具必備的生產許可標識;如果是進口的變送器,則需要由被檢單位提供該型號變送器的進口計量器具型式批準證書。然后檢查是否標注變送器的名稱、型號規格、測量范圍、精度等級、額定工作壓力等主要技術指標;制造廠的名稱、出廠編號、生產日期;防爆類壓力變送器還應有相應的防爆標志(一般用Ex表示);如果是差壓變送器規程要求高、低壓容室應有明顯標記，一般在對應壓力腔室底部用H代表高壓室，L代表低壓室。
(2)按照規程規定檢查變送器零部件是否完好無損，緊固件是否有松動和損傷現象，可動部分是否靈活可靠。有顯示單元的變送器，數字顯示是否清晰，是否有缺筆畫現象。
3.2絕緣電阻檢定
　　后續檢定的變送器只需檢定變送器端子與外殼間的絕緣電阻，檢定時分別將各端子與外殼用導線接人絕緣電阻表的正負接線柱，搖動絕緣電阻表搖把,測得端子與外殼之間的絕緣電阻不小于20MΩ即為.合格。
3.3基本誤差檢定
　　控制壓力源平穩加壓至上述各檢定點，待數字壓力校驗儀顯示壓力值穩定后讀取并記錄對應輸出電流值至上限，然后平穩泄壓至各個檢定點，讀取并記錄對應輸出電流值至下限(注意上行程不記錄下限點,下行程不記錄上限點數據)，按規程要求只需兩次循環即可。壓力變送器的測量誤差按公式(1)計算。
△A=Ad-As(1)
　　式中:△A一壓力變送器各檢定點的測量誤差，單位:mA/V/kKPa;Ad一壓力變送器上行程或下行程各檢定點的實際輸出值，單位:mA/V/kPa;As一壓力變送器各檢定點的理論輸出值，單位:mA/V/kPa。
　　注意:誤差的計算應按每次循環的單次實際輸出值與理論值計算，取最大值即為各檢定點的誤差值，作為該檢定點合格與否的判斷,而不能按兩次循環的平均值計算誤差值。
3.4回差檢定
　　基本誤差檢定結束后按照上下行程的測得值計算回差。回差計算公式如下，所得結果不大于最大允許誤差即為合格。
△A=|Ad1-Ad2|(2)
　　式中:△A一壓力變送器的回差，單位:mA/V/kPa;Ad1一壓力變送器上行程各檢定點的實際輸出值，單位:mA/V/kPaoAd2一壓力變送器下行程各檢定點的實際輸出值，單位:mAV/kKPa。
注意:回差的計算應分別對單次上下行程的實際輸出值計算，取絕對值最大的差值即為回差值,不能按兩次檢定結果的平均值計算。
4對檢定規程中關于數據處理方面的探討
　　由于壓力變送器使用頻繁,通常在高溫、高壓、強腐蝕環境下工作，測量誤差普遍較大，經常遇到臨界超差情況，檢定人員在判斷合格與否時就有如下問題:某塊壓力變送器在75%FS檢定點(對應輸出電流標稱值為16mA)時，最大測量值是15.9150mA，檢定員進行修約時按保留3位小數進行處理，得結果15.915mA,并由此判定該變送器不合格;而被檢單位人員提出不同意見，認為如果按照保留2位小數則應得結果為15.92mA,符合0.5級壓力變送器最大允許誤差±0.08mA的要求，應判定合格。
由此引起如下探討:
　　根據檢定規程中誤差計算過程中數據處理原.則，小數點后保留的位數應以舍入誤差小于壓力變送器最大允許誤差的為限，判斷壓力變送器是否
合格應以舍入以后的數據為準。
　　探討的精度等級為0.5級、輸出量程為4~20mA的壓力變送器，其最大允許誤差:△=±0.5%×(20-4)=±0.08mA
　　按照規程規定的保留位數要求，檢定員一般保留三位小數，按照數據處理中四舍五人的原則最大修約數值為0005mA，即小于最大允許誤差的1/10(為±0.008mA)，也小于最大允許誤差的1/20(為±0.004mA)，完全符合規程要求。
　　而如果保留二位小數則最大舍人誤差為0.005mA。這個結果小于變送器最大允許誤差的1/10，而大于變送器最大允許誤差的1/20，但在規程所列的“1/10~1/20”范圍之內，也符合規程要求。
　　綜上所述，0.5級變送器在數據處理時保留到小數點后二位和三位均應符合規程要求，但是在變送器的檢定中，由于誤差值的修約會引起判定結果的互相矛盾，這樣就直接影響檢定人員對于被檢變送器合格與否的判斷。
　　分析了幾個精度等級的壓力變送器，依據規程規定的修約判定極限值得出的最后保留位數的結果如表1。
 
　　由此可見，規程中關于小數點后位數的規定，只對0.5級的壓力變送器的數據處理及結果判斷有影響。
　　因此，將檢定規程中數據處理原則所規定的“1/10~1/20”這一范圍可統一規定為“1/20”這一單一值為宜。