絕壓變送器的零點調(diào)整與分析

摘要：首先分析了絕壓變送器的結(jié)構(gòu)原理、使用環(huán)境,、人為調(diào)試等方面影響產(chǎn)生零位漂移的現(xiàn)象;然后研究了不同量程的絕壓變送器在進行零點調(diào)整時產(chǎn)生的線性誤差;最后,，針對小量程絕壓變送器校準過程中由于設(shè)備真空度不足造成的線性差問題，提出了采用“分子泵-機械泵”雙級泵真空系統(tǒng)來進行零點調(diào)整的方法,。
0引言
      壓力變送器是一.種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動信號或電動信號進行控制和遠傳的設(shè)備,。它能感受壓力并將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓚魉偷臉藴瘦敵鲂盘枺?~20mA電流信號或1~5V電壓信號,。壓力變送器因其具有工作可靠,、精度等級高,、性能穩(wěn)定,、抗干擾能力強和測量信號傳輸距離遠等優(yōu)點，在工業(yè)現(xiàn)場得到了廣泛的使用,。壓力變送器根據(jù)壓力類型可以分為表壓變送器,、差壓變送器和絕壓變送器。
表壓力是指高于大氣壓的絕對壓力與大氣壓之差,，或者相對將大氣壓作為零壓力就稱為表壓力,。.一般壓力表，若無特殊裝置,，其零點壓力實際就是當時的大氣壓,，表壓力常用pe表示。
差壓是指兩個壓力之間的差值,，或者是以大氣壓力以外的任意壓力作為零點所表示的壓力,用Pg表示,。
差壓是指兩個壓力之間的差值，或者是以大氣壓力以外的任意壓力作為零點所表示的壓力,，用P,。表示。
      絕對壓力(簡稱絕壓)是相對于絕對真空所測得的壓力,，即從完全的零壓力開始所測得的壓力,。.它是液體、氣體或蒸汽所處空間的全部壓力,，也叫不帶條件起算的全壓力,。-.般用p?；蛘遖bs表示絕對壓力,。.
      從結(jié)構(gòu)上來說，表壓和差壓變送器的低壓室膜片直接與大氣接觸,，處于大氣壓環(huán)境時即為其壓力零點,。輸出信號為4~20mA的表壓或壓變送器在大氣壓環(huán)境中的理論輸出電流值(簡稱理論輸出值)為4mA,。該類變送器在校準過程中若出現(xiàn)零點漂移現(xiàn)象，可利用調(diào)整工具在大氣壓環(huán)境下直接對其進行零點調(diào)整,。對于輸出信號為4~20mA的絕壓變送器,，其在真空狀態(tài)下的理論輸出值才為4mA，而現(xiàn)實條件下完全真空是不可能實現(xiàn)的,。因此,，在實際校準過程中對絕壓變送器進行零點調(diào)整時，應(yīng)該考慮系統(tǒng)真空度對其零點產(chǎn)生的影響,。
1絕壓變送器的零位漂移
      在分析歷年來客戶送檢變送器的校準數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn),，相對于表壓與差壓變送器，絕壓變送器更容易.產(chǎn)生零點漂移,，有的甚至在周期檢定時輸出值已嚴重超差,。例如，分析某核電公司每年周期送檢的大量ROSEMOUNT的3051系列變送器數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn),，對于該系列的表壓和差壓變送器,，其周期穩(wěn)定性較好，零位漂移較小,，測量誤差與回程誤差均在允許范圍.內(nèi);而反觀該系列的絕壓變送器,，往往零位漂移嚴重，偏差較大,。分析其原因,，主要有以下幾點:.
1)測量原理與結(jié)構(gòu)方面，3051系列的壓力變送器工作時,，介質(zhì)壓力通過變送器高,、低側(cè)的隔離膜片和灌充油傳遞到δ室中心的測量膜片，該測量膜片是一張緊的彈性元件,，用于檢測作用在測量膜片.上的差壓,。測量膜片的位移與差壓成正比。測量膜片的位置由它兩側(cè)的電容固定極板通過直接數(shù)字電容電路檢測出來,，如圖1所示,。
對于表壓和差壓變送器，大氣壓如同時施壓在傳感膜片的低壓側(cè),，在高壓側(cè)無壓力作用下,，膜片兩端為對稱結(jié)構(gòu)，容易實現(xiàn)壓力平衡,。但是,對于絕壓變送器,，其低壓側(cè)始終保持一個參考壓力(即高真空基準室),這樣傳感器膜片兩端為非對稱結(jié)構(gòu)，也就是無論參考腔體漏氣還是材料變形等因素均會導(dǎo)致零位變動，即發(fā)生零位票移

2)使用現(xiàn)場環(huán)境影響
      絕壓變送器的穩(wěn)定性受溫度影響較大,。例如,，核工廠內(nèi)的冷卻水管道上使用的變送器，往往接觸介質(zhì)的溫度可達100℃,。當這些絕壓變送器在高溫,、真空狀態(tài)下工作時，腔體內(nèi)的隔離膜片因真空而外鼓,，于是密封系統(tǒng)內(nèi)的壓力降低,，填充液黏度隨著下降，從而導(dǎo)致硅油的揮發(fā)性增強,，沸點降低,，熱膨脹性增強，出現(xiàn)硅油部分氣化,、體積膨脹,，使隔離膜片變形，進而產(chǎn)生零位漂移,。而當這些儀表送進計量實驗室進行周期檢定時,，應(yīng)在JJC882--2004《壓力變送器》檢定規(guī)程中規(guī)定的環(huán)境條件進行計量檢定,，并應(yīng)按照檢定規(guī)程的要求對變送器的零點進行調(diào)整,。
3)使用人員的錯誤調(diào)整
     分析原因發(fā)現(xiàn)，10MPa量程的絕壓變送器在大氣壓環(huán)境下(標準大氣壓為101.321kPa)的理論輸出值為4.162mA,接近于4mA,這時,，很多檢修人員會誤把這批變送器當作表壓變送器處理,，在大氣壓環(huán)境下直接對其進:行清零操作而導(dǎo)致這些變送器在“真空狀態(tài)”的實際輸出值會低于理論輸出值。相對“零點”調(diào)整的誤操作,，有些企業(yè)常常會對絕壓變送器的滿量程進行錯誤調(diào)整,。例如，量程為0~100kPa,、4~20mA輸出的絕壓變送器,，其在100kPa絕壓下的理論輸出值應(yīng)為20mA,若在當?shù)卮髿鈮簽?02kPa時，其理論輸出電流應(yīng)為20.32mA,。當檢修人員發(fā)現(xiàn)這些變送器的輸出電流高于20mA時,，會誤在大氣壓狀態(tài)下對該表進行滿量程電流調(diào)整，致使該變送器量程擴大,，也對其零位電流產(chǎn)生了影響,。
2絕壓變送器校準過程中的零點調(diào)整
      目前，對絕壓變送器采用壓力控制器配合機械泵的方法進行檢定與校準,，見圖2所示,。

      采用FLUKEPPC4壓力控制器作為壓力標準器，其量程為0~110kPa,最大允許誤差為土0.01%。機械泵采用EDWARDS的RV5系列,，極限壓力為3Pa,。在使用該套設(shè)備對絕壓變送器進行檢定和校準時發(fā)現(xiàn)，由于各連接管路線路較長且無法實現(xiàn)線路的完全密封,，實際使用過程中系統(tǒng)極限壓力僅能穩(wěn)定在絕壓50Pa左右,。
      在對壓力變送器進行測量誤差項目的校準時，.依據(jù)JJG882--2004中6.2.3.3條的規(guī)定進行操作:檢定前,，用改變輸入壓力的辦法對輸出下限值和上限值進行調(diào)整,，使其與理論的下限值和上限值--致。一般可以通過調(diào)整“零點”和“滿量程”來完成,。由于設(shè)備的局限性,，日常檢定校準工作中，只能以50kPa真空度作為絕壓零位對絕壓變送器進行零點調(diào)整,。在對一系列不同量程的絕壓變送器調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn):按照同樣方法調(diào)校大量程絕壓變送器(一般指絕壓變送器量程大于大氣壓)最終測量誤差滿足精度要求,，線性合乎標準。但是對于小量程絕壓變送器(一般指絕壓變送器量程小于大氣壓),其.線性與精度往往不符合要求,。
      分析原因可以發(fā)現(xiàn),，對于大量程絕壓變送器，如對精度等級0.1級,、測量范圍0~100kPa的絕壓變送器進行校準時,，當系統(tǒng)抽到真空50Pa時，此時該絕壓變送器理論輸出電流為4.008mA,如以此為絕壓零位,，將絕壓變送器輸出值調(diào)整為4mA,再加壓至絕壓100kPa,將輸出值調(diào)整為20mA,。調(diào)校成功后依據(jù)檢定規(guī)程對其輸出值進行校準，發(fā)現(xiàn)測量誤差和線性均符合要求,。分析可知,，對于0.1級,測量范圍為0~100kPa、輸出值為4~20mA的絕壓變送器,，其輸出的最大允許誤差為0.016mA,。在使用真空系統(tǒng)對其進行零點調(diào)整時，舍去的0.008mA.在其誤差允許范圍內(nèi),，因此,，以絕壓50Pa為絕壓.零位調(diào)零，不會對其線性產(chǎn)生影響,。但是,，對于小量程絕壓變送器，如對精度等級0.1級,、測量范圍為0~40kPaabs的絕壓變送器進行檢定時,，當壓力穩(wěn)定在絕壓50Pa時,，絕壓變送器理論輸出值為4.020mA，該電流值大于絕壓變送器的最大允許誤差值0.016mA,。因此,，調(diào)零舍去的電流值會對其測量誤差造成影響，導(dǎo)致絕壓變送器測量誤差超差,。
      另外,，JJG882--2004中6.2.3.3條規(guī)定，絕壓變送器的零點絕對壓力應(yīng)盡可能小,，由此引起的誤差應(yīng)不超過允許誤差的1/20~1/10,。對于4~20mA輸出的0.1級絕壓變送器，其允許誤差為±0.016mA,按照該條規(guī)定,，零點絕對壓力引起的誤差應(yīng)不超過士(0.0008~0.0016)mA,而對于目前實驗室使用的校準系統(tǒng),，其50Pa的極限真空度所引起的誤差已經(jīng)遠遠超過了規(guī)程規(guī)定的絕壓變送器的零點絕對壓力誤差要求。因此,，想要使用該系統(tǒng)對絕壓變送器零點調(diào)整,，必須進行改進。
3解決辦法
      為保證絕壓變送器的零點絕對壓力盡可能小,一種方法是使用真空泵對變送器進行直接抽壓,，如圖3所示,。

      該方法可以避免氣路過長和控制器等產(chǎn)生的泄露對機械泵真空度的影響，使用機械泵對絕壓變送器直接抽壓,。輸出電流恒定不變時,，可認為此時壓力穩(wěn)定在了真空泵的極限壓力處，可以進行零點調(diào).整,。該方法避免了系統(tǒng)不必要的泄漏對真空度的影響,但由于系統(tǒng)連接管路細且短,其真空難以穩(wěn)定,且無法顯示系統(tǒng)實時真空值,，因此，實際校準過程中無法使用該方法,。
      為了保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定在較小的真空度并可以實時顯示，在結(jié)合真空校準的基礎(chǔ)上,，提出使用“分子泵-機械泵”雙級泵真空系統(tǒng)來實驗絕壓變送器的零點調(diào)整與低值讀取,。具體設(shè)計原理如圖4所示

      被檢絕壓變送器安裝完畢后，進行抽真空操作,開啟機械泵及相應(yīng)閥門,低真空計顯示20Pa以下后,，打開電磁閥,，啟動分子泵;低真空計顯示0.1Pa以下時開啟高真空計查看真空度;該設(shè)備結(jié)合真空計量的方法，可以實現(xiàn)機械泵與分子泵的轉(zhuǎn)換,，并實時顯示系統(tǒng)真空度,，采用薄膜真空計作為標準器，可以通過校準溯源至真空標準,，進而完成低真空度下絕壓變送器的零點調(diào)整,。
4結(jié)語
      絕壓變送器在實際使用過程中,，由于環(huán)境因素、人為因素等影響,，往往會產(chǎn)生零點漂移,。因此，當絕壓變送器送至實驗室進行校準時,，常常需要零點調(diào)整,。本文在目前使用的壓力變送器校準裝置基礎(chǔ)上，分析了不同量程下絕壓變送器因零點調(diào)整產(chǎn)生的線性誤差影響,。最后針對小量程絕壓變送器,，提出了一種使用“分子泵-機械泵”雙級泵真空系統(tǒng)來進行零點調(diào)整的方法，取得了較好的實驗效果,。