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    關于壓力差壓變送器的測量职能的誤差查究

    發表時間:2017-09-04   點擊次數:878 技術撑持:1560-1403-222
    壓力差壓變送器制造廠提供的參考精度指標與用戶在生產現場實際應用時的整體性能誤差存在差距,通過研究分析找出了量程比、溫度、靜壓是造成這一差距的主要原因。針對上述原因列出了各變送器制造廠家提供的計算數據或公式,給出了壓力差壓變送器整體性能誤差的計算公式。靜壓條件可能無法改變,但量程比可以通過正確設計選型來降低其影響。建議用戶確定變送器量程時,盡量選擇小的量程比和環境溫度變化較小的場所安裝變送器。

    0引言
    壓力差壓變送器是当前應用量較大的現場參數變送器,被廣泛應用在工業自動化的各個領域。Zo世紀六匕十年代,壓力差壓變送器精度指標為i.o%或o.s%。目前,絕大部分壓力差壓變送器的精度指標為o.i%或o.o}s%,高精度指標為o.os%或o.o2s%'-2。精度是任何過程測量設備的關鍵性能指標,是設備選型和維護须要考慮的一個重要身分。
    但是上面提到的精度只是由壓力差壓變送器制造廠供应的指標,在用戶生產現場實際應用時,若是用整體性能誤差來表述的話,只有極小部门現場實際應用時的整體职能誤差可能達到制造廠供给的指標,大多數情況下兩者相去。本文將*介紹有關壓力差壓變送器精度的概念,然后介紹實際影響壓力差壓變送器精度的主要成分,后介紹整體性能誤差的計算。

    1變送器的參考精度
    在每一個壓力差壓變送器產品的說明資料中,制造廠家每每*先介紹精度指標,正如良多樣本中附注介紹的那樣,它包含線性度、滯后和重復性。但有制造廠家明確這一指標稱之為參考精度「referenceaccuracy,RA」。這個指標只是一個供參考的精度,于是我們將制造廠家供给的“精度”指標統稱為參考精度。
    ,制造廠家供应的參考精度指標是在試驗室條件下測試的精度,這是由變送器制造廠在設計時和通過測試后提供的指標。模范的試驗室條件是:溫度為「20士5」℃,靜壓為0,濕度為45%一75%。大多數制造廠家對這一指標的描绘是保證士3}的一致性。測試誤差正態散布如圖一所示。實際測試時,大批的隨機誤差服從正態漫衍規律。如果概率密度取士1},置信概率為68.2%;概率密度取士2},置信概率為95.4%;概率密度取士3},置信概率為99.7%03}為極限誤差,其概率含義是在1000次測試中只有三次測量誤差會超過3}。因为一般測試中的測量次數只有幾十次,不妨認為出現測量誤差超過3}的概率是很小的。
    差壓變送器

    圖1>}}l試誤差正態散布圖
    Fig.1Normaldistributionofthetesterrors
    參考精度是一個出格重要的指標,可以作為分歧廠家壓力差壓變送器性能比的基礎。但對于用戶在生產過程具體應用時的职能來說,因為參考精度僅適用于限定的量程比和規定的試驗室條件,當條件變化時,它不能全面测量壓力差壓變送器在工業應用的整體性能3。壓力差壓變送器的參考精度只是个中的一個因素,有其他一些影響精度的因素须要考慮。

    2影響變送器精度的因素
    下面五個身分對壓力差壓變送器的總體职能產生明顯影響:量程比影響、溫度對零點的影響、溫度對量程的影響、靜壓對零點的影響、靜壓對量程的影響4。這5個影響因素可分別用TDE,TEz,TEr,SPEz,SPEr來表示。
    部分制造廠商在樣本中還列出了電源影響、震動影響、安裝地方影響等,但這些因素影響小,不子考慮。
    某些制造廠商在樣本中列出了給定應用條件下壓力差壓變送器總體性能的影響數據,如艾默生過程管理的3051壓力差壓變送器,參考精度為0.075%,其樣本產品給出了在下述條件下基于參考精度、環境溫度和壓力影響的綜合誤差為當溫度=士280C,6.9MPa靜壓的量程比為1:1到5:1時,對壓力差壓變送器整體职能誤差的影響是0.巧%量程。高档級參考精度的30515壓力差壓變送器給出了在下述條件下的基于參考精度、環境溫度和壓力影響的綜合誤差。當溫度=士280C,6.9MPa靜壓的量程1:1到5:1時,對變送器整體性能誤差的影響是o.1%量程。這些總體性能的影響數據不十分可靠,其資料中供给的某些型號、某些量程代號的溫度、壓力影響所变成的單項誤差就會超過相應的綜合誤差值,如3051CD差壓變送器的量程,6.9MPa靜壓對該量程的影響就達到讀數的士0.4%o
    壓力差壓變送器分為壓力、差壓這二大類,差壓變送器需考慮上述五個成分的影響,而壓力變送器只需考慮量程比影響及溫度影響。下面的分析是針對差壓變送器考慮的,而壓力變送器除了不考慮靜壓影響外,其余與差壓變送器无别。
    2.1量程比影響
    所有差壓變送器的樣本會指定量程范圍比量程,規定了量程上限值「upperrangelimit,URL」和量程下限值「lowerrangelimit,LRL」,如圖二所示。假若變送器不帶量程遷移,則量程下限值LRL為0;若是變送器帶100%量程遷移,則量程下限值LRL等于一URL。比方ABB公司264DS差壓變送器H量程代碼的量程上限值URL是160kPa,因帶100%量程遷移,則量程下限值LRL是一160kPa。在LRL和URL范圍內「本例差壓范圍為一160一+160kPa」,用戶可以設定量程低范圍值「lowerrangevalue,LRV」和量程高范圍值「upperrangevalue,URV」。樣本中IpJ時會規定用戶可設定的大量程變化范圍和小量程變化范圍。譬喻ABB公司264DS差壓變送器H量程代碼的多量程變化范圍和小量程變化范圍是160kPa和1.6kPa,而量程比便是大量程變化范圍比小量程變化范圍的值,在本例中為160kPa:1.6kPa,即100:1。
    差壓變送器
    圖2變送器大批程與用戶設定量程示意圖
    Fig.2Transmittermaximumrangeandtherangesetbyuser
    差壓變送器的制造商同時也會說明,他們所聲稱的參考精度不必然適用于用戶選擇的每一個量程。通常制造商采用以下公式計算:
    TDE=士}i+fz「URL/Span」」「1」式中優"fz為制造廠家給出的系數。
    URL/Span以量程比符號r代替,公式可簡化為:
    TDE=士「廠+關r}「2」比方,對于ABB公司264DSH量程代碼的差壓變送器,在1:1到15:1的量程比范圍內,變送器的精度參考精度「0.075%」。如用戶選擇的量程超過15:1的量程比,給出了以下計算公式:
    TDE=士0.005%:(3)
    大多數差壓變送器在10:1的量程比范圍內,精度參考精度,不受量程比的影響。但有相當數量的差壓變送器保證參考精度的量程比小于10:1,這一指標以致還有3:1和2:1;且同一型號產品的差异量程代號,保證參考精度的量程比也能够出現很大的差別,這是用戶在計算受量程比影響后的精度時需注意的。
    一般來說,TDE,RA。當變送器量程選擇不當時,如選用變送器的設定量程位于多量程比的地方,有可能使差壓變送器整體职能誤差超過參考精度規定的誤差s。以ABB公司MV2010TD量程代號C的差壓變送器為例,其量程范圍是0.4一40kPao按產品樣本介紹,假若選擇的量程在「0一4」kPa「0}40」kP。之間時,精度指標能够達到該產品樣本所列參考精度指標「0.075%」;假设選擇的量程在「0一0.4」kP。一「0一4」kPa之I司時,精度指標不是該產品樣本所列的參考精度指標,而须要按公式計算附加誤差「即在原有0.075%基礎上添补這個附加誤差值」。
    TDE=士「0.005%r一0.OS%」「4」
    假使選其小量程「0一0.4」kPa,按上式計算,附加誤差指標為0.45%,對應0.075%產品的TDE為0.525%,是原有誤差的7倍。
    當傳統壓力差壓變送器的量程比10:1時,精度通常開始降低。針對這一問題,施耐德電氣集團福克斯波羅公司推出了一個新的S系列壓力差壓變送器。這種變送器选择了技術FoxCal,在變送器的固件中存儲一十一個校準點,即量程上限「URL」的2.5%,5%、10%,20%、30%,40%、50%、60%、70%、85%和100%,選擇基于輸人的正確曲線。
    采用11個校準點的標定方法,即使變送器在高量程比80:1時,仍能保持其參考精度。福克斯波羅公司S系列變送器與傳統變送器的量程比性能比較如圖3所示。雖然該系列變送器通常只應用在40:1的量程比,但這已經是競爭對手量程比的3}4倍。這樣在計算量程比影響時,就不用再從樣本尋找計算公式,并作復雜的計算了。現有產品有50kPa,250kPa的差壓變送器和1.4MPa,4.2MPa的壓力變送器。以40:1量程比計算,可覆蓋(1.25一250)kPa的差壓變送器量程和35kPa一4.2MPa的壓力變送器量程6一7。

    壓力變送器
    圖3量程比性能比較曲線圖
    Fig.3Comparisonoftheperformanceofturndownratio
    2.2溫度影響
    在過程應用中,過程溫度、環境溫度會發生很大的變化,一定會與變送器測試時的參考條件差异,這意味著职能將與所介紹的參考精度区别。溫度變化會影響變送器的零點精度和量程精度,选择與式「2」地势相似的公式計算:TE=士「廠+無r}「5」式中:TE為溫度影響,可用來計算TEz或TEr;廠譏為制造廠家給出的系數。
    有的變送器制造商給出了溫度對零點精度和量程精度的影響數據,如ABB公司2010TD差壓變送器,樣本中給出了在一40一+80℃之間對零點精度和量程精度的影響數據為0.1%,即TEz=0.1%,TEr=0.1%。
    當溫度為28℃時,橫河公司EJA一110E差壓變送器對零點精度和量程精度的綜合影響為:
    TE=士「0.07%助an+0.02%URG」「6」
    式「6」與式「1」形势不一樣,但實際上這是誤差**的計算公式,當我們用實際量程助an除以式「6」時,可得到:
    TE=士[0.07%+0.02%「U$LlSpc}n」」「7」
    TE=士「0.07%+0.02%r」「8」
    以西門子公司SITRANSPDSIII差壓變送器為例,一10一+60℃之間溫度變化對零點精度和量程精度的綜合影響為:路=士「0.1%+0.08%r」「9」
    重慶偉岸測器公司的SST3差壓變送器的參考精度為0.075%,量程6:1。在大量程時,溫度對零點、量程的綜合影響為士0.25%/550C。在小量程時,溫度對零點、量程的綜合影響為士2%/550「:。溫度對差壓變送器的影響在靠近大批程「即小量程比」時很小,但在挨近小量程「即大量程比」時影響就很大,有時以致超出了我們的联想。譬喻西門子公司SITRANSPDSIII差壓變送器在溫度對零點精度和量程精度的綜合影響公式中,假如輸人大量程100,則得到TE為8.01%。而實際上早期的樣本資料中,:前面的系數關是0.1,計算結果將超過10%。即使是代表差壓變送器高水平的EJA一110E差壓變送器,其M量程代號輸人大量程100,則得到TE為2.07%,與其參考精度0.055%比拟,增大了37倍。再如F量程代號給出的28℃溫度對零點精度和量程精度綜合影響的數據:士「0.08%助an+0.18%URL」。
    轉換后可得:
    TE=士「0.08%+0.18%r」「10」
    F量程代號總量程10:1,保證參考精度的量程2.5:1。r等于10,2.5代人上式,則所得TE分別為1.88%,0.53%,這相當于參考精度的34.2倍和9.6倍。
    2.3靜壓影響
    類似于溫度和量程的影響,靜壓對變送器的零點和量程的精度有實質性影響。這些影響拔取與式「2」形式相似的公式計算:SPE=士「廠+關r}「11」式中:SPE為靜壓影響,可用來計算SPEz或SPEr;廠關為制造廠家給出的系數。
    E+H公司PMD擴散硅差變送器靜壓對零點和量程的綜合影響為:0.2%/10MPao
    西門子高精度的SITRANSP500差壓變送器「量程25kPa」靜壓對零點和量程的影響為:SPEz=0.035%r/7MPa「12」SPEr=0.03%量程//7MPa「13」橫河EJA一110E差壓變送器M,H,V量程靜壓對零點和量程的影響為:SPEz=0.028%URL/10MPa「14」SPEr=0.1%量程/10MPa「15」
    以上公式中不包括量程比r的影響,但橫河公司附加說明SPEz得出的是大批程的百分比。倘使將所得的數值與大量程的量程比拟,靜壓對零點的影響就特殊大了。

    3整體性能誤差
    差壓變送器的量程設置,參考精度、量程設置影響、溫度影響、靜壓影響等相關的誤差已確定,那么用戶具備確定整體职能誤差「totalprobableerror,TPE」的元素。整體性能誤差也可稱為總概率誤差,它不妨用來测量用戶使用的差壓變送器在生產現場實際工況下可以產生的誤差大小a。TPE誤差計算應按誤差平方總和的方根計算:TPE=士丫TDE2+「TEz+TEs」2+「SPEz+SPEs」2「16」因為每臺差壓變送器量程的設置、應用現場溫度和靜壓的條件會有所不同,于是即运用戶运用的是同一制造商、同一型號是同一量程代號的產品,其整體职能誤差有差別,會有很大的差別。壓力變送器的整體性能誤差剖析與計算同差壓變送器,只是考慮靜壓影響。

    4結束語
    壓力差壓變送器適用于壓力、差壓、流量、物位、密度的檢測,壓力差壓測量量程比、溫度、靜壓的參數差别,會影響變送器的职能。一方面,了解了這些參數對壓力差壓變送器职能影響的程度;另一方面,通過正確設計,降低了這些參數對壓力差壓變送器职能影響的水平,如確定變送器量程時盡量選擇小的量程比和選擇環境溫度變化小的場所安裝變送器。
    按所列出的公式,計算出所選擇的壓力差壓變送器的整體性能誤差,與期望值進行比較,確認當前的選型是否合適,以保證在應用中的壓力差壓變送器能達到期望值。

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