試驗(yàn)室差壓變送器計(jì)量檢定中的問(wèn)題研究

摘要:隨著科研生產(chǎn)中差壓變送器精度等級(jí)越來(lái)越高,量程范圍越來(lái)越小，現(xiàn)行JJG882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》已不能很好地解決差壓變送器計(jì)量與使用中量值傳遞的相關(guān)問(wèn)題,對(duì)差壓變送器小量程范圍感壓口余液影響、壓力真空量程范圍測(cè)量影響兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果顯示,如果不能剔除因差壓變送器小量程范圍感壓口余液影響引人的誤差,將會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的測(cè)量不確定度,尤其對(duì)于高精度差壓變送器影響更為明顯,造成測(cè)量誤差超出最大允許誤差;差壓變送器壓力真空量程范圍影響同樣是一-個(gè)需要明確認(rèn)識(shí)的測(cè)量問(wèn)題,正確使用和計(jì)量是保證壓力真空量程范圍差壓變送器輸出量值正確的途徑。為使差壓變送器更好地配合實(shí)際科研生產(chǎn),保證其量值傳遞正確可靠,有必要對(duì)差壓變送器的計(jì)量和使用制定更明確的規(guī)程規(guī)范,以對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)。
0引言
       差壓變送器的計(jì)量和使用存在較多問(wèn)題，尤其是測(cè)量范圍越小的差壓變送器,問(wèn)題越明顯，如不在零位、零位回程誤差超差、如何測(cè)量壓力真空范圍等。現(xiàn)行的JIG882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)中也沒(méi)有涉及這些問(wèn)題1-4]。本文以使用廣泛的二線制差壓變送器為例,對(duì)感壓口余液影響、壓力真空范圍測(cè)量影響兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析研究。
1差壓變送器原理
       二線制差壓變送器通常主要由感壓?jiǎn)卧⑿盘?hào)處理與轉(zhuǎn)換單元以及顯示單元(有些變送器不包含)組成[5-7]),其結(jié)構(gòu)如圖1所示。通常在使用、計(jì)量過(guò)程中,其供電電壓默認(rèn)為24VDC(銘牌顯示供電電壓一般包含有24VDC直流電壓),其輸出信號(hào)為420mA。

       在使用或計(jì)量過(guò)程中，變送器的信號(hào)輸出連接方式如圖2所示。在計(jì)量過(guò)程中,有時(shí)會(huì)用過(guò)程儀表校驗(yàn)器替代電源、直流電流表部分。

       在使用或計(jì)量過(guò)程中,差壓變送器輸人連接如圖3所示。

       在計(jì)量過(guò)程中，往往會(huì)將壓力控制系統(tǒng)1選擇直接通大氣。而在使用過(guò)程中只有壓力控制系統(tǒng)1、壓力控制系統(tǒng)2,沒(méi)有壓力源部分。
2差壓變送器計(jì)量
       根據(jù)《規(guī)程》要求,逐項(xiàng)完成計(jì)量檢定,在規(guī)定的環(huán)境條件下完成外觀、密封性、絕緣電阻、絕緣強(qiáng)度、基本誤差、回程誤差、靜壓影響[10]等計(jì)量檢定項(xiàng)目”，,密封性和絕緣強(qiáng)度可僅在首次檢定中進(jìn)行。靜壓影響也在首次檢定中進(jìn)行，后續(xù)檢定在必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行檢定。
這里僅對(duì)計(jì)量過(guò)程中的幾個(gè)容易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行介紹。
①檢定點(diǎn)的選擇。檢定點(diǎn)應(yīng)按量程基本均勻分.布,一般應(yīng)包含上限值、下限值(或其附近輸人量程10%以內(nèi)),不少于5個(gè)點(diǎn);精度等級(jí)優(yōu)于0.1級(jí)的變送器,檢定點(diǎn)應(yīng)不少于9個(gè)點(diǎn)。
②每個(gè)檢定的理論輸出值A(chǔ)的表達(dá)式為:

式中:Pi為第i個(gè)檢定點(diǎn)的壓力值;P。為下限點(diǎn)的壓力值;Pmax為上限點(diǎn)的壓力值。
由式(1)可知,當(dāng)量程已知，每個(gè)檢定點(diǎn)的理論輸出值都可計(jì)算。
3測(cè)量結(jié)果影響因素研究
3.1感壓口余液影響
       差壓變送器計(jì)量時(shí),發(fā)現(xiàn)零位誤差較大,其他測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)都沒(méi)有問(wèn)題。仔細(xì)觀察后，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)壓力端口內(nèi)(感壓?jiǎn)卧?或兩個(gè)壓力端口內(nèi)存在液體，主要原因是此差壓變送器用于液體介質(zhì)測(cè)量,感壓?jiǎn)卧细街袛?shù)量不等的液體,且此差壓變送器的量程較小。
       為了避免因這種現(xiàn)象的誤導(dǎo)而引人測(cè)量不確定度、造成變送器零位示值超差,需要在計(jì)量檢定前通過(guò)使用揮發(fā)性強(qiáng)的清洗液清洗兩個(gè)端口，靜置一段時(shí)間再次測(cè)量零點(diǎn)。
當(dāng)檢定介質(zhì)為液體時(shí),變送器計(jì)量檢定過(guò)程中,某差壓變送器的測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。
       測(cè)量結(jié)果的第一次上行程零點(diǎn)值與第一次下行程零點(diǎn)輸出值之間的回程誤差較大,且第一次下行程零點(diǎn)值與第二次上行程、下行程零點(diǎn)輸出值較為接近,但其他檢定點(diǎn)的輸出值都比較接近。
       這種情況的發(fā)生主要是由于第一次測(cè)量與第二次測(cè)量為連續(xù)測(cè)量,變送器L端通大氣,H端與壓力源連接,壓力源的介質(zhì)為液體造成的。L端通大氣作為差壓變送器的零位,H端與壓力源連接,當(dāng)壓力源卸壓到零點(diǎn)時(shí)，在H端感壓?jiǎn)卧线€附著有部分液體，所以H端的壓力不是通大氣所得到與L端相同的零點(diǎn),且此差壓變送器的測(cè)量范圍較小造成了這-現(xiàn)象。這有可能會(huì)誤導(dǎo)對(duì)此變送器的最終檢定結(jié)果。

       為了避免因這種現(xiàn)象的誤導(dǎo)而造成的此變送器零位示值超差或來(lái)回差超差的結(jié)論。通過(guò)使用揮發(fā)性強(qiáng)的清洗液清洗H端后,靜置一段時(shí)間，再次測(cè)量零點(diǎn)的方法解決。得到正確的下行程零點(diǎn)值,對(duì)此變送器的檢定結(jié)果作出正確判定。
       同樣的問(wèn)題也在實(shí)際科研生產(chǎn)中發(fā)生,有些差壓變送器被用作普通變送器來(lái)測(cè)管道內(nèi)液體的壓力(L端通大氣,H端接管道測(cè)壓口)。當(dāng)管道內(nèi)壓力為零時(shí),變送器顯示不為零,所以就造成--些誤讀,如管道內(nèi)未完全卸壓、差壓變送器損壞、再讀數(shù)時(shí)修正減去零位的示值為最終的讀數(shù)等。
3.2壓力真空范圍測(cè)量影響
       計(jì)量工作人員比較熟悉(-100~100)kPa量程的壓力計(jì)量器具，送檢中此類器具的測(cè)量范圍一般為.(-90~100)kPa。計(jì)量工作人員對(duì)(-200~200)kPa量程的壓力計(jì)量器具也不會(huì)陌生，此量程范圍在表壓和絕壓層面是不存在的，但是在差壓領(lǐng)域卻是一一個(gè)存在的量程范圍。此量程范圍差壓計(jì)量器具的計(jì)量也顛覆了之前約定俗稱的差壓變送器的計(jì)量理念,而關(guān)于這一方面的內(nèi)容在《規(guī)程》中沒(méi)有明確的要求。
       對(duì)于(-100~100)kPa量程,第一種計(jì)量方案是，L端通大氣，在H端加壓力源(帶真空泵),測(cè)量范圍為(-90~100)kPa。然后以此測(cè)量數(shù)據(jù)作為判定檢定結(jié)果的主要測(cè)量數(shù)據(jù)依據(jù)。
       對(duì)于(-100~100)kPa量程第二種計(jì)量方案是,L端通大氣,在H端加壓力源(0~100)kPa,測(cè)量范圍(0~100)kPa;再H端通大氣,在L端加壓力源(0~100)kPa,測(cè)量范圍(-100~0)kPa,兩部分?jǐn)?shù)據(jù)相結(jié)合,得到(-100~100)kPa量程范圍的測(cè)量值,以此測(cè)量數(shù)據(jù)作為判定檢定結(jié)果的主要測(cè)量數(shù)據(jù)依據(jù)。
       理論上，對(duì)于同一個(gè)被測(cè)樣本差壓變送器來(lái)說(shuō),L端通大氣，,在H端加壓力源(-90~90)kPa;與H端通大氣,在L端加壓力源(-90~90)kPa的輸出應(yīng)該是一一對(duì)應(yīng)、基本重合的,但實(shí)際測(cè)量中卻不盡相同。節(jié)選測(cè)量數(shù)據(jù)分別如表2、表3所示。
        表2為L(zhǎng)端通大氣,在H端加壓力源的測(cè)量數(shù)據(jù)。表3為H端通大氣,在L端加壓力源的測(cè)量數(shù)據(jù)。此測(cè)量數(shù)據(jù)為日常計(jì)量中在同一環(huán)境條件下，使用同一標(biāo)準(zhǔn)器，對(duì)同一差壓變送器樣本(0.075級(jí))的測(cè)量數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)節(jié)選)。


       這樣的測(cè)量數(shù)據(jù)在差壓變送器的日常計(jì)量工作中經(jīng)常出現(xiàn)。按照第-種計(jì)量方案得到的結(jié)論是此樣本符合0.075級(jí),判定結(jié)果為合格;按照第二種計(jì)量方案得到的結(jié)論是此樣本不符合0.075級(jí),但符合0.1級(jí)，判定結(jié)果降為0.1級(jí)使用;綜合上述數(shù)據(jù)得到第三種結(jié)論,即此樣本不符合0.075級(jí),但符合0.2級(jí),判定結(jié)果降為0.2級(jí)使用。考慮到差壓變送器在使用過(guò)程中,以上每種情況都有可能發(fā)生，所以第三種結(jié)論為較正確的計(jì)量結(jié)論。
       因此在差壓變送器的壓力真空量程計(jì)量檢定過(guò)程中，應(yīng)分別在L端和H端進(jìn)行可實(shí)現(xiàn)的量程范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)測(cè)量,二者數(shù)據(jù)作為判定最終結(jié)論的主要數(shù)據(jù)依據(jù)。如(-200~200)kPa差壓變送器,需在L端通大氣,H端加壓力源測(cè)量范圍(-90~200)kPa;在H端通大氣，L端加壓力源測(cè)量范圍(-90~200)kPa。這樣才能得到完整的測(cè)量數(shù)據(jù),以及相對(duì)正確和有效的計(jì)量檢定結(jié)果判定依據(jù)。
4結(jié)束語(yǔ)
       由于差壓變送器的計(jì)量和使用過(guò)程中存在小測(cè)量范圍感壓口余壓影響、壓力真空量程范圍影響的問(wèn)題，現(xiàn)有《規(guī)程》中沒(méi)有明確規(guī)定,對(duì)現(xiàn)在的計(jì)量和使用中都存在一些誤導(dǎo)。所以有必要對(duì)差壓變送器單獨(dú)設(shè)立檢定規(guī)程或規(guī)范，對(duì)感壓口余壓影響和壓力真空量程范圍測(cè)量影響進(jìn)行專門規(guī)定,保證差壓變送器計(jì)量量值傳遞正確可靠,為科研生產(chǎn)保駕護(hù)航。