壓力變送器后續(xù)檢定與數(shù)據(jù)處理

[摘要]以0.5級(jí)3051系列壓力變送器為例,針對(duì)大中型企業(yè)在用壓力變送器后續(xù)檢定的需要,闡述了一種現(xiàn)場(chǎng)檢定的解決方案,詳細(xì)列舉了檢定前的準(zhǔn)備工作、注意事項(xiàng)及檢定過程。同時(shí)對(duì)檢定規(guī)程中有關(guān)數(shù)據(jù)處理方面的條文進(jìn)行了探討,以供廣大計(jì)量檢定人員參考。
1背景
　　壓力變送器主要應(yīng)用于能源、化工、醫(yī)藥等大型工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)用壓力管道中，通過測(cè)量被測(cè)點(diǎn)壓力并用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)及安全監(jiān)控的目的。壓力變送器按照輸出信號(hào)可以分為兩大類即電動(dòng)壓力變送器和氣動(dòng)壓力變送器。電動(dòng)壓力變送器的輸出信號(hào)為0~10mA、(4~20)mA的直流電流或者(1~5)V的直流電壓;氣動(dòng)壓力變送器的輸出信號(hào)為20kPa~100kPa的氣體壓力。壓力變送器按照被測(cè)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(hào)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(duì)象，并以0.5級(jí)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(yōu)點(diǎn)是:抗干擾性能好;電流源內(nèi)阻無窮大，電流傳輸不存在線電阻損失，可直接傳輸距離達(dá)數(shù)公里;也不會(huì)因電源接反而燒表,還易于判斷線路通斷。上限設(shè)為20mA是因?yàn)榉辣囊?在24V直流電壓下，20mA的電流通斷引起的火花能量不會(huì)引燃瓦斯等可燃?xì)怏w。下限設(shè)為4mA的原因是為了能檢測(cè)斷線:正常工作時(shí)最低電流為4mA，當(dāng)傳輸線路因故斷線時(shí)，電流降為0mA。
　　在壓力變送器的后續(xù)檢定中，由于變送器在企業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，數(shù)量眾多，且體積較大，運(yùn)輸不便，很難做到送檢;而在線現(xiàn)場(chǎng)檢定又受環(huán)境影響較大，且效率較低。為及時(shí)正確地進(jìn)行在用壓力變送器的后續(xù)檢定工作，與被檢單位協(xié)商，由被檢單位提供滿足規(guī)程中環(huán)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(xù)檢定工作。這種形式的檢定，既保證檢定規(guī)程要求的環(huán)境要求，又能提高工作效率，可滿足壓力變送器使用數(shù)量較多的中大型能源、化工、醫(yī)藥等企業(yè)對(duì)于在用壓力變送器的后續(xù)檢定需求。
2檢定前的準(zhǔn)備工作
2.1標(biāo)準(zhǔn)器的選擇
　　按照J(rèn)JG882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》中的規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)選擇便攜，抗干擾性能良好的數(shù)字壓力計(jì)及數(shù)字多用表(現(xiàn)在多用數(shù)字壓力檢驗(yàn)儀提供壓力、電流測(cè)量及24V輸出)。壓力源應(yīng)配備氣動(dòng)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(xù)檢定的對(duì)象是在用的壓力變送器，使用過程要接觸大量化學(xué)物質(zhì)、高溫蒸汽等,其接口處的雜質(zhì)較多且易產(chǎn)生銹蝕，應(yīng)用細(xì)砂紙或鋼絲球?qū)⒔涌跈M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(fā)生泄露。變送器的壓力傳感腔室往往積存雜質(zhì)及殘液，在檢定時(shí)會(huì)混入造壓介質(zhì)中造成污染或堵塞管路影響造壓，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行清潔，將接口對(duì)應(yīng)側(cè)通氣閥打開并將接口朝下靜置3分鐘同時(shí)將殘液放凈，待排凈殘液后將通氣閥擰緊。
2.3檢定點(diǎn)的選取
　　按照規(guī)程規(guī)定包括上下限在內(nèi)的5個(gè)點(diǎn)，分別為:0%FS、25%FS、50%FS、75%FS、100%FS,對(duì)應(yīng)輸出電流為:4mA、8mA、12mA、16mA、20mA。
2.4關(guān)于躍遷及處理方法
　　在用壓力變送器往往會(huì)由于種種原因進(jìn)行量程的躍遷，如果變送器進(jìn)行了量值遷移，應(yīng)首先計(jì)算對(duì)應(yīng)的壓力上下限差值，按常規(guī)檢定合格后再用HART375手操器重新遷移回工作狀態(tài)，這樣既保證了被檢變送器的檢定符合規(guī)程要求又可滿足實(shí)際使用。
2.5接線
　　變送器在靜置1小時(shí)后達(dá)到熱平衡，此時(shí)可將變送器安裝到壓力源對(duì)應(yīng)快速接口，上，壓力標(biāo)準(zhǔn)模塊接另一側(cè)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(shù)字多用表正極，再將數(shù)字多用表負(fù)極接壓力變送器正極，然后將壓力變送器負(fù)極接電源負(fù)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(dǎo)致短路燒毀電源。
2.6檢定前調(diào)整
　　由于檢定過程中不允許再調(diào)整零點(diǎn)及量程，在檢定開始前首先要確定被檢變送器的零點(diǎn)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(cè)方有兩個(gè)按鍵，分別標(biāo)明“Z”和“S”，Z按鍵調(diào)零，S按鍵調(diào)滿量程。首先把阻尼調(diào)整至最小，在壓力源加載0%FS壓力值時(shí)，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(diào)節(jié)滿量程對(duì)零點(diǎn)會(huì)有影響，這時(shí)要重新加載0%FS壓力值看零位輸出是否超差。而零位調(diào)整基本不會(huì)影響滿量程輸出，這一循環(huán)進(jìn)行后基本就可以開始檢定工作。
3檢定項(xiàng)目
3.1外觀檢查
(1)按照規(guī)程規(guī)定目測(cè)變送器的銘牌是否完整、清晰，首先要檢查是否具有CMC標(biāo)識(shí)，這是計(jì)量器具必備的生產(chǎn)許可標(biāo)識(shí);如果是進(jìn)口的變送器,則需要由被檢單位提供該型號(hào)變送器的進(jìn)口計(jì)量器具型式批準(zhǔn)證書。然后檢查是否標(biāo)注變送器的名稱、型號(hào)規(guī)格、測(cè)量范圍、精度等級(jí)、額定工作壓力等主要技術(shù)指標(biāo);制造廠的名稱、出廠編號(hào)、生產(chǎn)日期;防爆類壓力變送器還應(yīng)有相應(yīng)的防爆標(biāo)志(一般用Ex表示);如果是差壓變送器規(guī)程要求高、低壓容室應(yīng)有明顯標(biāo)記，一般在對(duì)應(yīng)壓力腔室底部用H代表高壓室，L代表低壓室。
(2)按照規(guī)程規(guī)定檢查變送器零部件是否完好無損，緊固件是否有松動(dòng)和損傷現(xiàn)象，可動(dòng)部分是否靈活可靠。有顯示單元的變送器，數(shù)字顯示是否清晰，是否有缺筆畫現(xiàn)象。
3.2絕緣電阻檢定
　　后續(xù)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(shí)分別將各端子與外殼用導(dǎo)線接人絕緣電阻表的正負(fù)接線柱，搖動(dòng)絕緣電阻表搖把,測(cè)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(wěn)加壓至上述各檢定點(diǎn)，待數(shù)字壓力校驗(yàn)儀顯示壓力值穩(wěn)定后讀取并記錄對(duì)應(yīng)輸出電流值至上限，然后平穩(wěn)泄壓至各個(gè)檢定點(diǎn)，讀取并記錄對(duì)應(yīng)輸出電流值至下限(注意上行程不記錄下限點(diǎn),下行程不記錄上限點(diǎn)數(shù)據(jù))，按規(guī)程要求只需兩次循環(huán)即可。壓力變送器的測(cè)量誤差按公式(1)計(jì)算。
△A=Ad-As(1)
　　式中:△A一壓力變送器各檢定點(diǎn)的測(cè)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(diǎn)的實(shí)際輸出值，單位:mA/V/kPa;As一壓力變送器各檢定點(diǎn)的理論輸出值，單位:mA/V/kPa。
　　注意:誤差的計(jì)算應(yīng)按每次循環(huán)的單次實(shí)際輸出值與理論值計(jì)算，取最大值即為各檢定點(diǎn)的誤差值，作為該檢定點(diǎn)合格與否的判斷,而不能按兩次循環(huán)的平均值計(jì)算誤差值。
3.4回差檢定
　　基本誤差檢定結(jié)束后按照上下行程的測(cè)得值計(jì)算回差。回差計(jì)算公式如下，所得結(jié)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(diǎn)的實(shí)際輸出值，單位:mA/V/kPaoAd2一壓力變送器下行程各檢定點(diǎn)的實(shí)際輸出值，單位:mAV/kKPa。
注意:回差的計(jì)算應(yīng)分別對(duì)單次上下行程的實(shí)際輸出值計(jì)算，取絕對(duì)值最大的差值即為回差值,不能按兩次檢定結(jié)果的平均值計(jì)算。
4對(duì)檢定規(guī)程中關(guān)于數(shù)據(jù)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(qiáng)腐蝕環(huán)境下工作，測(cè)量誤差普遍較大，經(jīng)常遇到臨界超差情況，檢定人員在判斷合格與否時(shí)就有如下問題:某塊壓力變送器在75%FS檢定點(diǎn)(對(duì)應(yīng)輸出電流標(biāo)稱值為16mA)時(shí)，最大測(cè)量值是15.9150mA，檢定員進(jìn)行修約時(shí)按保留3位小數(shù)進(jìn)行處理，得結(jié)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(rèn)為如果按照保留2位小數(shù)則應(yīng)得結(jié)果為15.92mA,符合0.5級(jí)壓力變送器最大允許誤差±0.08mA的要求，應(yīng)判定合格。
由此引起如下探討:
　　根據(jù)檢定規(guī)程中誤差計(jì)算過程中數(shù)據(jù)處理原.則，小數(shù)點(diǎn)后保留的位數(shù)應(yīng)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(yīng)以舍入以后的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。
　　探討的精度等級(jí)為0.5級(jí)、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(guī)程規(guī)定的保留位數(shù)要求，檢定員一般保留三位小數(shù)，按照數(shù)據(jù)處理中四舍五人的原則最大修約數(shù)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(guī)程要求。
　　而如果保留二位小數(shù)則最大舍人誤差為0.005mA。這個(gè)結(jié)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(guī)程所列的“1/10~1/20”范圍之內(nèi)，也符合規(guī)程要求。
　　綜上所述，0.5級(jí)變送器在數(shù)據(jù)處理時(shí)保留到小數(shù)點(diǎn)后二位和三位均應(yīng)符合規(guī)程要求，但是在變送器的檢定中，由于誤差值的修約會(huì)引起判定結(jié)果的互相矛盾，這樣就直接影響檢定人員對(duì)于被檢變送器合格與否的判斷。
　　分析了幾個(gè)精度等級(jí)的壓力變送器，依據(jù)規(guī)程規(guī)定的修約判定極限值得出的最后保留位數(shù)的結(jié)果如表1。
 
　　由此可見，規(guī)程中關(guān)于小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)的規(guī)定，只對(duì)0.5級(jí)的壓力變送器的數(shù)據(jù)處理及結(jié)果判斷有影響。
　　因此，將檢定規(guī)程中數(shù)據(jù)處理原則所規(guī)定的“1/10~1/20”這一范圍可統(tǒng)一規(guī)定為“1/20”這一單一值為宜。