隨著傳感器技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，中壓、高壓、中差壓、高差壓通用量程壓力變送器可在較大量程比范圍內(nèi)保持0.04%精度，唯獨(dú)微差壓變送器例外，微差壓變送器保證精度的量程比范圍較小，高精度微差壓變送器精度為0.1%。在實(shí)際應(yīng)用中，微差壓變送器的使用精度往往達(dá)不到使用者預(yù)期值，很多廠商的微差壓變送器穩(wěn)定性和實(shí)際使用精度受到用戶詬病。筆者也曾了解到某鋼鐵公司為尋求高穩(wěn)定性差壓變送器與勻速管差壓式流量計(jì)配套測(cè)量流量，用同一根測(cè)速管配了三個(gè)廠家微差壓變送器進(jìn)行產(chǎn)品精度和穩(wěn)定性試驗(yàn)，以選擇性能最佳的微差壓變送器。基于以上原因，微差壓變送器選型在壓力變送器的選型中應(yīng)該是一個(gè)特殊的問(wèn)題。
筆者對(duì)微差壓變送器選型和微壓變送器選型做了一些研究，通過(guò)對(duì)比分析不同廠家提供的壓力變送器數(shù)據(jù)，深入闡述微差壓變送器選型應(yīng)注意的問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)這些數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，也給廣大儀表工建立一個(gè)“對(duì)微差壓變送器選型問(wèn)題要認(rèn)真對(duì)待、絕不能馬虎”的概念。
在此特別說(shuō)明：分析所引用的數(shù)據(jù)來(lái)自各壓力變送器廠家選型樣本或根據(jù)壓力變送器選型樣本提供的精度計(jì)算公式計(jì)算得出的結(jié)果，這些數(shù)據(jù)可能與微差壓變送器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的情況會(huì)有一定程度差別，但不影響分析的客觀性。
常見(jiàn)壓力變送器精度
筆者根據(jù)美國(guó)摩爾工業(yè)(MOORE)、美國(guó)福克斯波羅(FOXBORO)、美國(guó)霍尼韋爾(HONEYWELL)、美國(guó)Smar、德國(guó)西門(mén)子(SIEMENS)、日本橫河(YOKOGAWA)、美國(guó)羅斯蒙特(ROSEMOUNT)、瑞士ABB、德國(guó)恩德斯豪斯(E+H)、陜西鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)西安儀表有限責(zé)任公司(原西安儀表廠)和昌暉儀表制造有限公司壓力變送器選型樣本摘錄了壓力變送器精度數(shù)據(jù)。
表1 常見(jiàn)壓力變送器的精度
這些品牌數(shù)kPa以上的中壓、高壓、中差壓、高差壓通用量程壓力變送器精度為大家熟悉，同時(shí)也不難看出這些品牌的微差壓變送器精度都低于常用量程壓力變送器的精度。所以大家在微壓微差壓變送器選型時(shí)，首先應(yīng)關(guān)注微差壓變送器精度是否比常用量程低。
微差壓變送器實(shí)際使用精度
壓力變送器實(shí)際使用精度往往與量程比有關(guān)(尤其大量程比的壓力變送器)，在一定量程比范圍內(nèi)壓力變送器實(shí)際使用精度等于規(guī)定精度，超過(guò)這一量程比范圍，變送器實(shí)際使用精度將降低。多數(shù)廠家壓力變送器選型樣本上對(duì)此都有說(shuō)明。大多數(shù)變壓力送器在常用量程范圍內(nèi)保證精度的量程比為10:1，但在小于1000Pa測(cè)量范圍內(nèi)部分廠家的微差壓變送器和微壓變送器往往遠(yuǎn)低于10:1的量程比，表2、表3分別列出了微壓變送器和微差壓變送器保證精度的測(cè)量范圍。
表2 不同品牌微壓壓力變送器保證精度的測(cè)量范圍
表3 微壓差變送器保證精度的測(cè)量范圍
仔細(xì)對(duì)比分析表2和表3的數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：
①微壓力的測(cè)量甚至低壓力的測(cè)量對(duì)很多廠家產(chǎn)品是空白
如HONEYWELL壓力變送器的最小量程是140kPa，YOKOGAWA壓力變送器的最小量程是30kPa，霍尼韋爾和橫河公司沒(méi)有比這更低量程的壓力變送器。
②在使用橫河、羅斯蒙特、摩爾等公司變送器時(shí)，測(cè)量微壓、低壓需要用差壓變送器
從保證精確度的實(shí)際使用量程來(lái)說(shuō)，YOKOGAWA壓力變送器的最小量程是300kPa，其它公司的產(chǎn)品量程要低得多，如ROSEMOUNT早期的3051為6.22kPa，SIEMENS為10kPa，MOORE為11.25kPa，但上述變送器的量程均不屬微壓，也就是說(shuō)，在使用這些公司的變送器時(shí)，微壓、低壓甚至一部分中壓量程都需要改用差壓變送器來(lái)測(cè)量。還有幾個(gè)廠有屬于微壓的產(chǎn)品，但保證精確度的量程范圍仍較高，如E+H公司為1kPa，F(xiàn)OXBORO為0.75kPa，ABB為0.6kPa，ROSEMOUNT最新產(chǎn)品3051S為0.415kPa，當(dāng)測(cè)量更低壓力而精確度要求較高的時(shí)候，也需要改用差壓變送器來(lái)測(cè)量。
③微差壓變送器量程比低于10:1時(shí)測(cè)量較低微差壓量程的精度過(guò)低
微差壓變送器中大部分廠家保證精確度的量程比范圍是10:1，但幾個(gè)最常見(jiàn)的變送器生產(chǎn)廠的產(chǎn)品，如艾默生公司、橫河公司、摩爾公司的微差壓變送器保證精確度的量程比是2~3:1，即保證精確度的測(cè)量范圍很窄，因而造成較低微差壓量程的檢測(cè)精確度過(guò)低，在選用這ROSEMOUNT、MOORE和YOKOGAWA公司微差壓變送器時(shí)一定要留意這一點(diǎn)。
④盡量不用微差壓變送器替代微壓壓力變送器
用微差壓變送器代替微壓力變送器技術(shù)上是可行的，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在這樣兩個(gè)問(wèn)題：一是差壓變送器的價(jià)格通常要比壓力變送器高，投資要增加；二是差壓變送器有正壓、負(fù)壓兩個(gè)測(cè)孔，用來(lái)測(cè)壓力時(shí)只用到其中一個(gè)測(cè)孔，另一個(gè)測(cè)孔暴露在外，容易受到外界因素的干擾，造成測(cè)量值波動(dòng)，影響檢測(cè)精確度，微壓測(cè)量范圍越小，相對(duì)影響越大。所以作為用戶，如果能用微壓變送器檢測(cè)微壓力，就最好不用差壓變送器來(lái)替代；作為壓力變送器生產(chǎn)廠，應(yīng)該讓壓力變送器的量程盡量向低壓、微壓方面延伸。像YOKOGAWA公司EJA壓力變送器，后期的430A與早期的430相比，最低可測(cè)壓力從60kPa降低到30kPa，再如ROSEMOUNT新推出的產(chǎn)品3051S，其可測(cè)微壓從原3051的0.622kPa降低到0.12kPa，其保證精確度的測(cè)量微壓值從原3051的6.22kPa降低到0.415kPa，可見(jiàn)壓力變送器的量程向低壓、微壓方面延伸是變送器發(fā)展的一種趨勢(shì)。
幾個(gè)量程微差壓變送器的實(shí)際使用精確度
這里所說(shuō)的微差壓變送器實(shí)際使用精度指的是根據(jù)壓力變送器廠家提供的不同量程時(shí)精度計(jì)算公式計(jì)算的結(jié)果。筆者列舉了不同廠家?guī)讉€(gè)量程微差壓變送器的實(shí)際使用精確度表4，便于讀者有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。
表4 不同品牌微差壓變送器幾個(gè)量程的實(shí)際使用精度
①＞500Pa的量程，各品牌微差壓變送器精度相差不大，絕大多數(shù)微差壓變送器實(shí)際使用精度與指標(biāo)精度相同。
②＜500Pa的量程，各品牌微差壓變送器實(shí)際使用精度差別較大
以200Pa量程為例，最大誤差可達(dá)0.4648%，100Pa量程最大誤差可達(dá)0.4063%，并且僅有E+H、西安儀表廠、ABB、昌暉儀表等幾家公司達(dá)到原有精確度指標(biāo)。50Pa量程精確度的差別就非常明顯了，ROSEMOUNT為0.675%(或0.75%)，MOORE為0.499%，ABB精確度可達(dá)0.125%或0.1%。
③25Pa量程微差壓變送器僅ROSEMOUNT生產(chǎn)，50Pa量程微差壓變送器ROSEMOUNT、MOORE、ABB公可生產(chǎn)，100Pa量程微差壓變送器(或稍大一點(diǎn)量程125Pa)絕大多數(shù)廠家能生產(chǎn)。
④在ROSEMOUNT公司3051的兩個(gè)微差壓產(chǎn)品中，量程1(0.12-6.22kPa)應(yīng)該在小量程時(shí)的精確度低于量程0(0.025-0.75kPa)，但實(shí)際計(jì)算結(jié)果卻相反，可見(jiàn)表中200Pa與100Pa兩個(gè)量程中的數(shù)據(jù)，合理的解釋是量程1保證精確度的量程比很大(15:1)，而量程0保證精確度的量程比很小(2:1)。
⑤合理確定壓力變送器品牌和量程范圍
在大多數(shù)工程項(xiàng)目壓力變送器選型通常會(huì)使用同一品牌，如需要測(cè)量＜100Pa壓力，如果所選微差壓變送器無(wú)此量程，可考慮將實(shí)際使用量程加大，這樣既利于變送器選型統(tǒng)一，又可使變送器精確度不一定比選用有低量程變送器的低。例如50Pa量程，雖然E+H、SIEMENS、西安儀表廠、昌暉儀表等公司無(wú)此量程，但如果將量程設(shè)定為100Pa(或125Pa)，其實(shí)際使用精確度雖然趕不上ABB公司，但仍比有此量程的MOORE、ROSEMOUNT公司微差壓變送器精度要高。再如25Pa量程，雖然只有ROSEMOUNT一家產(chǎn)品可選，但其精確度太低，僅1.35%(或1.50%)，如加大量程到50Pa，ABB公司產(chǎn)品在25Pa量程中的實(shí)際使用精確度可達(dá)到0.25%或0.2%，即使選用E+H、SIEMENS公司微差壓變送器，在25Pa量程中的實(shí)際使用精確度可達(dá)到0.4%或0.8%，仍比ROSEMOUNT微差壓變送器的精確度要高。
幾個(gè)微差壓變送器選型特例
某些品牌的微差壓變送器精度與使用材質(zhì)、信號(hào)類(lèi)型有關(guān)，大家在微差壓變送器選型時(shí)應(yīng)注意。表5列出了日本阿自倍爾公司ST3000 900變送器接液部的材質(zhì)與精確度的關(guān)系，可見(jiàn)其絕大多數(shù)產(chǎn)品的精確度與接液部的材質(zhì)有關(guān)，同型號(hào)HONEYWELL的ST3000 900變送器在選型樣本中也未見(jiàn)此要求。
表5 日本阿自倍爾ST3000 900變送器接液部的材質(zhì)與精確度表
表6、表7列出了壓力變送器輸出信號(hào)類(lèi)型與精度的關(guān)系，有差別，但差別不大。
表6 HONEYWELL壓力變送器的信號(hào)類(lèi)型與精度表
表7 FOXBORO壓力變送器的信號(hào)類(lèi)型與精度表
綜上所述，讀者可能已經(jīng)了解微壓壓力變送器選型和微差壓變送器選型較常規(guī)壓力變送器選型復(fù)雜，微差壓變送器選型應(yīng)注意的問(wèn)題較多，需要花時(shí)間對(duì)比和了解多個(gè)品牌產(chǎn)品情況，才能順利完成微差壓變送器選型。
作者：方原柏，湖北黃岡人，昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師，昆明儀器儀表學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，冶金自動(dòng)化、衡器、自動(dòng)化信息等雜志編委
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