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引言

壓力變送器是工業(yè)過程檢測和控制的基礎(chǔ)儀器之一。隨著DCS系統(tǒng)在企業(yè)的廣泛應(yīng)用，壓力變送器發(fā)展趨勢是數(shù)字化、智能化、高精度和高適應(yīng)性[1]。相比常規(guī)變送器，智能變送器具有更強的功能、更好的性能，#常見的一類智能變送器是采用HART通訊協(xié)議。HART全稱為HighwayAddressableRemoteTransducer，意思是“高速鏈路可尋址遠程變換器”。

 

HART協(xié)議現(xiàn)場儀表在原有的4～20mA工業(yè)標準信號上疊加數(shù)字信號，在不中斷過程信號的情況下，在同一模擬回路上同時實現(xiàn)通信，給操作使用帶來了極大方便。正因為如此，HART智能變送器的檢測工作也會比普通變送器多了一步調(diào)整工作。

 

1、HART智能變送器的工作原理

HART智能變送器除了純機械和電路之外，還有微處理器對數(shù)據(jù)進行運算操作。如圖1所示，HART智能變送器可以分為三個部分，每一個部分都可以單好進行測試和調(diào)整。

地衣個方框為變送器的輸入塊。變送器對物理量PV（如溫度、壓力或流量）進行測量，并根據(jù)廠家的數(shù)值表或某種形式的方程將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，地衣方框的輸出就是過程變量的數(shù)值（PV）。第二個方框為變送器的轉(zhuǎn)換塊。轉(zhuǎn)換塊是將過程量按照嚴格的數(shù)學關(guān)系轉(zhuǎn)換為毫安表示，可由變送器的量程值（零點和滿度值）結(jié)合轉(zhuǎn)換函數(shù)計算得到。轉(zhuǎn)換函數(shù)中線性轉(zhuǎn)換函數(shù)#常見，但在壓力變送器中，往往還提供方根轉(zhuǎn)換關(guān)系，某些特殊的變送器還可能實現(xiàn)一些常見的數(shù)學公式轉(zhuǎn)換或者用戶自定義數(shù)值映射表。第二個方框的輸出是變送器輸出回路電流值的一個數(shù)值（PVAO）。第三個方框是變送器的輸出塊。輸出塊是將第二個方框計算出的輸出數(shù)值（PVAO）利用D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生實際的4~20mA模擬電流輸出。在此過程中，微處理器必須依靠一些內(nèi)部校準因素來得到正確的輸出。

 

2、壓力控制器的HART自動調(diào)整模式

HART智能壓力變送器的傳統(tǒng)調(diào)整方法需要配置壓力標準器、直流電流表、HART手操器、250Ω電阻等，連接過程比較繁瑣，標準器和手操器直接不能自動交互，數(shù)據(jù)都需要人工讀取并錄入，效率低，且存在人為誤差的隱患。智能壓力控制器的自動調(diào)整模式，解決了上述問題，從軟件層面實現(xiàn)了標準器和手操器功能的自動交互，大幅提高工作效率，其特點如下：針對不同變送器產(chǎn)品HART功能菜單位置不一致的情況，該模式將檢測用指令統(tǒng)一提取出來，并重新分類，放置在統(tǒng)一的位置，形成不同的變送器均為一致的操作菜單的方式，操作更便捷，免除HART設(shè)備多樣性帶來的功能反復查找的煩惱。不同生產(chǎn)企業(yè)的HART設(shè)備，均轉(zhuǎn)換為全中文觸控式操作，界面更友好。具有便利、高效、自動化的交互操作，一鍵完成調(diào)整，協(xié)助工作人員輕松完成日常維護工作。壓力控制器的HART功能具有強大的兼容性，可使用U盤或網(wǎng)絡(luò)即可完成升級，支持常見及#新的HART智能壓力變送器。

 

3HART智能壓力變送器的調(diào)整工作

HART智能壓力變送器在檢測之前需要對輸入塊和輸出塊進行調(diào)整，我們將PV值的調(diào)整稱為傳感器調(diào)整；將PVAO值的調(diào)整稱為電流輸出調(diào)整。下面我們介紹一下使用壓力控制器對壓力變送器進行調(diào)整。shou先將壓力變送器與壓力控制器進行連接，進入壓力控制器的HART應(yīng)用界面進行搜索設(shè)備，成功后便可以進行調(diào)整工作[2]。

 

電流調(diào)整的主要內(nèi)容如下：通過調(diào)整變送器的電流輸出環(huán)節(jié)的比例系數(shù)，使變送器的AO數(shù)值同實際輸出的環(huán)路電流一致；提供零點（4mA）和滿度點（20mA）的調(diào)整：進入調(diào)整點時自動設(shè)置變送器為零點或滿度點輸出；可以使用數(shù)字鍵盤輸入環(huán)路電流測量值，輸入范圍為4~20mA，或按“獲取”鍵直接將當前測量值寫入數(shù)字鍵盤。確認后將按照數(shù)字鍵盤上的數(shù)值對零點或滿度點進行調(diào)整。

 

傳感器調(diào)整的主要內(nèi)容如下：通過調(diào)整變送器的PV值，使變送器的PV值同實際輸出的壓力值一致；提供低端（PV量程下限）和高端（PV量程上限）調(diào)整：進入調(diào)整點時自動設(shè)置控制器輸出PV量程下限或上限的壓力值，也可以點擊控制器輸出值圖標，在彈出的窗口里改變輸出壓力值；可以使用數(shù)字鍵盤輸入壓力測量值，或按“獲取”鍵直接將當前測量值寫入數(shù)字鍵盤；確認后將按照數(shù)字鍵盤上的數(shù)值對PV值進行調(diào)整[3]。

 

用于變送器的溫度補償?shù)闹饕獌?nèi)容如下：常溫下讀取零位數(shù)據(jù)，先不加壓，待溫度、壓力穩(wěn)定后，在軟件界面上填零取位值；常溫下讀取滿量程數(shù)據(jù)，升至傳感器滿量程壓力，在軟件界面上填取正量程值；升溫至需要溫度，先不加壓，待溫度、壓力穩(wěn)定后，在軟件界面上填高溫零取位值；升至傳感器滿量程壓力，重復步驟2，在軟件界面上填取高溫正量程值；將溫度調(diào)至低溫，重復步驟3相同操作；三組溫度數(shù)據(jù)界面上填好后，點“溫度補償”按鈕，完成變送器的溫度補償。倘若無低溫設(shè)備，無法完成上述低溫補償，可在取好高溫和常溫數(shù)據(jù)后點“計算低溫”按鈕，軟件將會根據(jù)高溫和常溫數(shù)據(jù)，按高溫和常溫變化量的1/2線性變化推出低溫數(shù)據(jù)[4-5]。

 

在HART功能診斷界面可以完成電流環(huán)測試、壓力清零、電流調(diào)整和傳感器調(diào)整。以調(diào)整一個0~1.6MPa的HART智能壓力變送器的零點為例，選擇電流調(diào)整的零點調(diào)整，自動獲取實際環(huán)路電流值4.0092，點擊確認即可完成調(diào)整工作，如圖2所示。其他調(diào)整項目也可以利用類似的方法輕松完成工作。操作成功后一定要返回查看是否修改成功，有的變送器在調(diào)整一次后仍然會存在偏差，我們可以采取二次調(diào)整的方法來達到理想的狀態(tài)。

4HART智能壓力變送器的檢定工作

4.1壓力變送器的檢定

調(diào)整完成后的壓力變送器就可以按照壓力變送器檢定規(guī)程的要求進行檢定。shou先我們根據(jù)壓力變送器的量程選擇合適的壓力標準模塊，然后將壓力變送器安裝在壓力連接臺上，將變送器輸出正負極分別接在壓力控制器的24V插孔和電流測量插孔中，如圖3所示。準備工作完畢后，利用上位機軟件新建一個壓力變送器檢定程序，輸入壓力變送器的量程、準確度等基本參數(shù)，上位機軟件通過控制指令控制壓力控制器平穩(wěn)地輸出壓力信號到各檢定點，讀取并記錄壓力變送器的電流信號輸出直至上限；然后反方向平穩(wěn)改變壓力信號到各檢定點，讀取并記錄輸出值直至下限，如此完成一個循環(huán)。

4.2檢定數(shù)據(jù)的處理

通過上位機軟件可以方便地對壓力變送器的檢定數(shù)據(jù)進行計算，并自動生成檢定記錄和檢定證書。以一臺0.1級0~1.6MPa的ROSEMOUNT壓力

變送器為例，檢定數(shù)據(jù)自動記錄到軟件后，通過軟件計算功能輕松完成壓力變送器示值誤差和回程誤差的計算，各超差點會自動標識，#終判斷檢定結(jié)果，如下頁表1所示。表1中：示值誤差的#大允許值：±0.016mA；實測值：-0.010mA；回程誤差的#大允許值：0.016mA；實測值為0.013mA；絕緣電阻：合格；絕緣強度：合格；外觀合格。

4.3檢定過程中需要注意的事項

目前智能壓力變送器的準確度越來越高，#高準確度已達0.05級，一些錯誤的操作很容易引起檢定結(jié)果超差。在選擇性能指標優(yōu)異的壓力控制器檢定高精度壓力變送器時，需要注意以下幾點：

1）準確度等級滿足規(guī)程要求，壓力控制器綜合不確定度滿足被檢壓力變送器的1/3或1/4的要求。

2）環(huán)境溫度對高精度壓力變送器的檢定數(shù)據(jù)也會造成較大的影響，因此要求被檢變送器送達實驗室后必須在檢定條件下放置2h，達到溫度平衡后再進行檢定。實驗室環(huán)境溫度也應(yīng)保持在規(guī)程允許的范圍內(nèi)。

3）將壓力控制器的控制穩(wěn)定性指標設(shè)定在一個較高的值，如壓力穩(wěn)定條件設(shè)置為0.003%FS。

4）超調(diào)量盡量小，可適當調(diào)低控制器控壓速度，保證檢定過程中升壓和降壓過程平穩(wěn)，準確記錄檢定數(shù)據(jù)。

5）在檢定一些較大體積的壓力變送器時，需要使用壓力連接管，應(yīng)盡量保證標準器的感壓點高度和被檢壓力變送器感壓點在同一水平面上，否則就需要對液柱進行修正，此時要注意修正值的正負，錯誤的修正會引入更大的誤差。

6）部分變送器存在阻尼設(shè)置，讀數(shù)時需要先將壓力變送器的阻尼調(diào)整為零，或等待壓力變送器穩(wěn)定后再進行數(shù)據(jù)采集。

 

5結(jié)語

這種HART智能壓力變送器檢測方法的應(yīng)用，無論在準確度還是自動化程度方面都是傳統(tǒng)方法不可比擬的。該方法只需一套設(shè)備就解決了HART智能壓力變送器所有的檢測問題，wuxu任何其他輔助設(shè)備�；�于壓力控制器和上位機壓力自動檢定系統(tǒng)的的檢測方法不僅完全滿檢定規(guī)程的要求，而且可以自動記錄和處理檢測數(shù)據(jù)，大大縮短檢測時間，特別適合于實驗室周期性、大批量的HART智能壓力變送器的檢測工作。