試驗室差壓變送器計量檢定中的問(wèn)題研究

摘要:隨著(zhù)科研生產(chǎn)中差壓變送器精度等級越來(lái)越高,量程范圍越來(lái)越小，現行JJG882-2004《壓力變送器檢定規程》已不能很好地解決差壓變送器計量與使用中量值傳遞的相關(guān)問(wèn)題,對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量影響兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了試驗研究。試驗結果顯示,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 )對測量結果產(chǎn)生較大的測量不確定度,尤其對于高精度差壓變送器影響更為明顯,造成測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)需要明確認識的測量問(wèn)題,正確使用和計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,有必要對差壓變送器的計量和使用制定更明確的規程規范,以對其進(jìn)行指導。
0引言
       差壓變送器的計量和使用存在較多問(wèn)題，尤其是測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、如何測量壓力真空范圍等?，F行的JIG882-2004《壓力變送器檢定規程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規程》)中也沒(méi)有涉及這些問(wèn)題1-4]。本文以使用廣泛的二線(xiàn)制差壓變送器為例,對感壓口余液影響、壓力真空范圍測量影響兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析研究。
1差壓變送器原理
       二線(xiàn)制差壓變送器通常主要由感壓?jiǎn)卧?、信號處理與轉換單元以及顯示單元(有些變送器不包含)組成[5-7]),其結構如圖1所示。通常在使用、計量過(guò)程中,其供電電壓默認為24VDC(銘牌顯示供電電壓一般包含有24VDC直流電壓),其輸出信號為420mA。

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

       在使用或計量過(guò)程中,差壓變送器輸人連接如圖3所示。

       在計量過(guò)程中，往往會(huì )將壓力控制系統1選擇直接通大氣。而在使用過(guò)程中只有壓力控制系統1、壓力控制系統2,沒(méi)有壓力源部分。
2差壓變送器計量
       根據《規程》要求,逐項完成計量檢定,在規定的環(huán)境條件下完成外觀(guān)、密封性、絕緣電阻、絕緣強度、基本誤差、回程誤差、靜壓影響[10]等計量檢定項目”，,密封性和絕緣強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，后續檢定在必要時(shí)應進(jìn)行檢定。
這里僅對計量過(guò)程中的幾個(gè)容易出現的問(wèn)題進(jìn)行介紹。
①檢定點(diǎn)的選擇。檢定點(diǎn)應按量程基本均勻分.布,一般應包含上限值、下限值(或其附近輸人量程10%以?xún)?,不少于5個(gè)點(diǎn);精度等級優(yōu)于0.1級的變送器,檢定點(diǎn)應不少于9個(gè)點(diǎn)。
②每個(gè)檢定的理論輸出值A的表達式為:

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,當量程已知，每個(gè)檢定點(diǎn)的理論輸出值都可計算。
3測量結果影響因素研究
3.1感壓口余液影響
       差壓變送器計量時(shí),發(fā)現零位誤差較大,其他測量點(diǎn)的數據都沒(méi)有問(wèn)題。仔細觀(guān)察后，發(fā)現有一個(gè)壓力端口內(感壓?jiǎn)卧?或兩個(gè)壓力端口內存在液體，主要原因是此差壓變送器用于液體介質(zhì)測量,感壓?jiǎn)卧细街?zhù)有數量不等的液體,且此差壓變送器的量程較小。
       為了避免因這種現象的誤導而引人測量不確定度、造成變送器零位示值超差,需要在計量檢定前通過(guò)使用揮發(fā)性強的清洗液清洗兩個(gè)端口，靜置一段時(shí)間再次測量零點(diǎn)。
當檢定介質(zhì)為液體時(shí),變送器計量檢定過(guò)程中,某差壓變送器的測量數據如表1所示。
       測量結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量與第二次測量為連續測量,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,當壓力源卸壓到零點(diǎn)時(shí)，在H端感壓?jiǎn)卧线€附著(zhù)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量范圍較小造成了這-現象。這有可能會(huì )誤導對此變送器的最終檢定結果。

       為了避免因這種現象的誤導而造成的此變送器零位示值超差或來(lái)回差超差的結論。通過(guò)使用揮發(fā)性強的清洗液清洗H端后,靜置一段時(shí)間，再次測量零點(diǎn)的方法解決。得到正確的下行程零點(diǎn)值,對此變送器的檢定結果作出正確判定。
       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)測管道內液體的壓力(L端通大氣,H端接管道測壓口)。當管道內壓力為零時(shí),變送器顯示不為零,所以就造成--些誤讀,如管道內未完全卸壓、差壓變送器損壞、再讀數時(shí)修正減去零位的示值為最終的讀數等。
3.2壓力真空范圍測量影響
       計量工作人員比較熟悉(-100~100)kPa量程的壓力計量器具，送檢中此類(lèi)器具的測量范圍一般為.(-90~100)kPa。計量工作人員對(-200~200)kPa量程的壓力計量器具也不會(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。此量程范圍差壓計量器具的計量也顛覆了之前約定俗稱(chēng)的差壓變送器的計量理念,而關(guān)于這一方面的內容在《規程》中沒(méi)有明確的要求。
       對于(-100~100)kPa量程,第一種計量方案是，L端通大氣，在H端加壓力源(帶真空泵),測量范圍為(-90~100)kPa。然后以此測量數據作為判定檢定結果的主要測量數據依據。
       對于(-100~100)kPa量程第二種計量方案是,L端通大氣,在H端加壓力源(0~100)kPa,測量范圍(0~100)kPa;再H端通大氣,在L端加壓力源(0~100)kPa,測量范圍(-100~0)kPa,兩部分數據相結合,得到(-100~100)kPa量程范圍的測量值,以此測量數據作為判定檢定結果的主要測量數據依據。
       理論上，對于同一個(gè)被測樣本差壓變送器來(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的輸出應該是一一對應、基本重合的,但實(shí)際測量中卻不盡相同。節選測量數據分別如表2、表3所示。
        表2為L(cháng)端通大氣,在H端加壓力源的測量數據。表3為H端通大氣,在L端加壓力源的測量數據。此測量數據為日常計量中在同一環(huán)境條件下，使用同一標準器，對同一差壓變送器樣本(0.075級)的測量數據(數據節選)。


       這樣的測量數據在差壓變送器的日常計量工作中經(jīng)常出現。按照第-種計量方案得到的結論是此樣本符合0.075級,判定結果為合格;按照第二種計量方案得到的結論是此樣本不符合0.075級,但符合0.1級，判定結果降為0.1級使用;綜合上述數據得到第三種結論,即此樣本不符合0.075級,但符合0.2級,判定結果降為0.2級使用?？紤]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，所以第三種結論為較正確的計量結論。
       因此在差壓變送器的壓力真空量程計量檢定過(guò)程中，應分別在L端和H端進(jìn)行可實(shí)現的量程范圍內的數據測量,二者數據作為判定最終結論的主要數據依據。如(-200~200)kPa差壓變送器,需在L端通大氣,H端加壓力源測量范圍(-90~200)kPa;在H端通大氣，L端加壓力源測量范圍(-90~200)kPa。這樣才能得到完整的測量數據,以及相對正確和有效的計量檢定結果判定依據。
4結束語(yǔ)
       由于差壓變送器的計量和使用過(guò)程中存在小測量范圍感壓口余壓影響、壓力真空量程范圍影響的問(wèn)題，現有《規程》中沒(méi)有明確規定,對現在的計量和使用中都存在一些誤導。所以有必要對差壓變送器單獨設立檢定規程或規范，對感壓口余壓影響和壓力真空量程范圍測量影響進(jìn)行專(zhuān)門(mén)規定,保證差壓變送器計量量值傳遞正確可靠,為科研生產(chǎn)保駕護航。