智慧型壓力變送器

智慧型壓力變送器由智慧型感測器和智慧型電子板兩部分組成，智慧型感測器部分包括：電容式感測器、測量膜片檢測電路、溫度感測器和溫度補償電路等組成；智慧型電子板板部分包括：微電腦控制器及外圍電路組成，完成壓力信號到4～20mA dc 的轉換。用於測量液體、氣體或蒸汽的壓力，然後將壓力信號轉變成4～20mA DC信號輸出。西森自動化生產的智慧型壓力變送器可與HART手操器相互通訊，通過它進行設定，調整壓力範圍，監控或與上位機組成現場監控系統，它廣泛套用於工業管道中弱腐蝕性液體、氣體、蒸汽的測量和控制系統。

基本介紹

• 中文名：壓力變送器
• 外文名：Pressure transmitter
• 供電：24V DC
• 輸出：4-20mA

概述

智慧型壓力變送器是把帶隔離的矽壓阻式壓力敏感元件封裝於不鏽鋼殼體內製作而成。它能將感受到的液體或氣體壓力轉換成標準的電信號對外輸出，廣泛套用於供/排水、熱力、石油、化工、冶金等工業過程現場測量和控制。

智慧型壓力變送器

套用

智慧型壓力變送器由感測器技術與微電子技術結合形成的智慧型型變送器，因其在功能、精度、可靠性、維護、組態上較常規模擬變送器有很大提高，現階段已被廣泛套用。變送器的智慧型化主要表現為具有自我監測、遠程通訊的能力，及因採用微機械電子加工技術、超大規模的專用積體電路（ASIC）和表面安裝技術，而使變送器具有高可靠性、量程範圍寬及穩定的溫壓補償性能。

產品特點

智慧型壓力變送器具有反向極性和限流保護；雷射調阻溫度補償，範圍寬，抗腐蝕，適於多種介質；過載及抗干擾能力強，性能穩定；獨特顯示表頭設計，可以選配模擬、數字顯示表頭；零點和滿量程可通過手操器調節，量程遷移範圍寬。

智慧型壓力變送器在管網監測系統中的套用

零點和量程調節

變送器的零點和量程調節可以通過變送器本身的按鍵進行現場調節；也可以通過手持終端遠程調節。具體方法是：加零點壓力並穩定後，同時按住Z和S鍵（Z為零點調節，S為量程調節）5秒鐘鬆開，按Z鍵2秒調節零點，加滿程壓力並穩定後，按S鍵2秒調節滿程。註：零點校準調節範圍為壓力量程的±8%，量程校準範圍為壓力量程的30%～100%，連續可調。調節完畢後，蓋好密封蓋並擰緊。

特點

1. 具有自動補償能力，可通過軟體對感測器的非線性、溫漂、時漂等進行自動補償。可自診斷，通電後可對感測器進行自檢，以檢查感測器各部分是否正常，並作出判斷。數據處理方便準確，可根據內部程式自動處理數據，如進行統計處理、去除異常數值等。
   
2. 具有雙向通信功能。微處理器不但可以接收和處理感測器數據，還可將信息反饋至感測器，從而對測量過程進行調節和控制。可進行信息存儲和記憶，能存儲感測器的特徵數據、組態信息和補償特性等。
   
3. 具有數字量接口輸出功能，可將輸出的數位訊號方便地和計算機或現場匯流排等連線。
   

模擬型特點

• 精度高
  
• 量程、零點外部連續可調
  
• 穩定性能好
  
• 正遷移可達500%、負遷移可達600%
  
• 二線制
  
• 阻尼可調、耐過壓
  
• 固體感測器設計
  
• 無機械可動部件、維修量少
  
• 重量輕（2.5kg）
  
• 全系列統一結構、互換性強
  
• 小型化（166mm總高）
  
• 接觸介質的膜片材料可選
  
• 單邊抗過壓強
  
• 低壓澆鑄鋁合金殼體
  

智慧型型特點

• 超級的測量性能，用於壓力、差壓、液位、流量測量
  
• 數字精度：+（-）0.05%
  
• 模擬精度：+（-）0.75%+（-）0.1%F.S
  
• 全性能：+（-）0.25F.S
  
• 穩定性：0.25% 60個月
  
• 量程比：100：1
  
• 測量速率：0.2S
  
• 小型化（2.4kg）全不鏽鋼法蘭，易於安裝
  
• 過程連線與其它產品兼容，實現最佳測量
  
• 世界上唯一採用H合金護套的感測器（專利技術），實現了優良的冷、熱穩定性
  
• 採用16位計算機的智慧型變送器
  
• 標準4-20mA，帶有基於HART協定的數位訊號，遠程操控
  
• 支持向現場匯流排與基於現場控制的技術的升級。
  

八大特點

1. 智慧型一體化設計：集壓力信號採集、處理、顯示和輸出於一體。
   
2. 微功耗雙電源設計，可靠性高。
   
3. 具有獨特的動態自動跟蹤溫度補償功能。
   
4. 具有軟體修正零點漂移功能。
   
5. 上、下限報警記憶閃光指示功能。
   
6. 壓力滿量程軟體設定遷移功能。
   
7. 低電源自診斷功能。
   
8. 具有斷電保護功能。
   

通訊協定

智慧型變送器的可靠性與穩定性非常高，但經常遇到通訊方面的問題。由於智慧型變送器誕生時國際上沒有制定出統一的通信協定標準，所以各生產廠家生產的變送器用的通信協定不盡相同。典型的如Honeywell的ST3000用的是DE協定，Fisher-Rosement的3051用的是HART協定，橫河川儀的EJA系列為Brain（布朗）協定/HART協定，還有遵循現場匯流排通信標準的全數字式智慧型變送器。影響智慧型變送器現場不通訊的因素主要有高頻電磁波干擾；因電纜太長、電纜的分布電容超過了網路限制，及負載電阻較低等。各協定的特點及可能伴生的通訊問題如下。

1 HART協定

HART（Highway Addressable Remote Transducer）是基於貝爾202通訊標準的移頻鍵控（FSK）技術[2]，通過在4～20mA電流上疊加頻率信號實現數字通訊。2個不同頻率：1200 Hz和2200H：代表“0”和“1”，以正弦波的形式疊加在4～20mA直流信號上，因這些正弦波的平均值為零，所以不產生直流分量，不會對4～20rnA過程信號產生影響，它是在不中斷傳輸信號的情況下完成了真正的同步通訊。

中山化工有限公司曾現場套用了幾台HART協定的3051變送器和1台渦街流量計，投運後均出現異常，撤回到車間校驗，儀表通訊及工作正常。經細緻檢查，發現裝置中運行了60 Hz的電機、泵，為適應50 Hz的電源，採用了大量的變頻器，而變頻器的載波頻率大都組態設定為2000 Hz，這個頻率正好與HART通訊頻率接近，從而影響了智慧型變送器的正常工作。採取增大儀表電纜與動力電纜槽架的改造措施後問題得到解決[3]。另外在智慧型變送器和連線的附近使用發報機也會影響正常通訊與工作。

2 DE協定

DE協定是以脈衝電流的多少來代表“1”和“0”的，數位訊號和模擬信號是分開傳輸的，當傳送數位訊號時，模擬信號須中斷[1]。HART通訊頻率較高（約1～2 kHz），要求網路的時間常數不大於0.65μs，這樣HART通訊設備及網路的最大電容限制了通訊的最大距離，一般為不大於400m。而DE協定通訊頻率較低，網路的最大時間常數為104μs，允許的電纜分布電容比HART協定寬的多，所以，就會出現同一套裝置中用DE通訊協定的儀表通訊正常而用HART協定的智慧型變送器卻不能通訊的現象。對於具有HART協定的變送器如果通訊距離確實需要足夠長，可以用電容較低的交聯電纜。

3 現場匯流排通訊協定

IEC（國際電工委員會）對現場匯流排（Fieldbus）的定義是“安裝在製造和過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串列、多點通信的數據匯流排稱為現場匯流排。”它是一種全數位化、雙向、串列、多站的通信網路，一對導線上可傳輸多種信息。純數字的現場匯流排智慧型變送器，是根據現場匯流排通信協定開發出來的一種變送器。它已不是傳統意義上的變送器，而是同時起著變送、控制和通信的作用。在整個控制系統中，每台變送器都是一個網路接點。使用現場匯流排後，自控系統的配線、安裝、調試和維護等方面的費用可以大大降低，隨著現場匯流排控制系統（FCS）的發展套用，作為現場匯流排控制系統基礎的現場匯流排智慧型變送器必將被廣泛套用。

組成

智慧型壓力變送器一般是由感測器、微處理器、存儲器及模數、數模轉換器組成。感測器用來檢測被測量的信號，其所用材料因廠家而異。橫河EJA為矽諧振式，把被測參數轉換為矽梁的振動頻率；ST300的感測器是擴散矽複合半導體式，把被測參數轉換為矽晶片電阻值的變化；1151、3051及富士的FCX-A/C是矽微電容式，通過測電容來獲得被測的差壓或壓力值，而8600系列智慧型變送器則為電感式。微處理器是智慧型變送器的核心，負責對數據的綜合運算處理，如對檢測信號線性化、量程重調、函式運算、工作單位換算及診斷與通訊功能。存儲器用來存貯供微處理器調用的各種常數、程式及變送器的組態等，一般都是可擦寫的。模數、數模轉換器是將模擬信號與數位訊號進行相互轉換，感測器的檢測信號到微處理器須用模數轉換器，微處理器輸出4～20mA信號須用數模轉換器。智慧型變送器需要輸出一路數位訊號與DCS進行通訊，並附有一智慧型現場通訊器（SFC）或稱手操器來與變送器通訊。此外，智慧型變送器備有後備電源，以免停電時存儲器內數據丟失。

性能指標

性能規格

（零基準校驗範圍，參考條件下，矽油充液，316 L不鏽鋼隔離膜片。）

1.1. 參考精度

1. 數字、智慧型：±0.1%校驗量程
   
2. 模擬、線性：±0.2%校驗量程
   

1.2. 穩定性

1. 數字、智慧型：6個月，±0.1%URL
   
2. 模擬、線性：6個月，±0.2%URL
   

1.3. 環境溫度影響

1. 數字、智慧型：
   零點誤差：±0.2%URL/56℃
   總體誤差：±（0.2%URL+0.18%校驗量程）/56℃
   
2. 模擬、線性
   零點誤差：±0.5%URL/56℃
   總體誤差：±（0.5%URL+0.5%校驗量程）/56℃
   

1.4. 振動影響

在任意軸向上，200Hz下振動影響為±0.05%URL/g

1.5. 電源影響

小於±0.005%輸出量程/伏特。

1.6. 負載影響：

沒有負載影響，除非電源電壓有變化。

1.7. 電磁干擾/射頻干擾（EMI/RFI影響）

由20至1000MHz，場強達至30V/M時，輸出漂移小於±0.1%量程。

1.8. 安裝位置影響

零點漂移至多為±0.25kPa。所有的零點漂移

都可修正掉；對量程無影響。

功能規格

2.1. 測量範圍：0-0.125-41370KPa

2.2. 零點與量程

1. 數字、智慧型
   可用本機量程和零點按鈕調整，或用HART手操器遠程調整
   
2. 模擬、線性
   量程和零點連續可調
   

2.3. 零點正、負遷移

零點負遷移時，量程下限必須大於或等於-URL；零點正遷移時，量程上限必須小於或等於+URL。校驗量程必須大於或等於最小量程。

2.4. 輸出

數字、智慧型：

4～20mA DC，用戶可選擇線性或平方根輸出。數字過程變數疊加在4～20mA 信號上，可供採用HART協定的上位機使用

套用

當前的智慧型變送器一般都是既有數位訊號又有模擬信號的混合式智慧型變送器，與DCS的通訊是以傳遞4～20mA模擬信號為主，然後在其上面疊加數位訊號用來遠程設定零點、量程以及對變送器的校驗、組態和診斷等。它只是為和現有DCS兼容而設計的，是真正意義上的全數字式智慧型變送器（如現場匯流排型智慧型變送器）的過渡產品。與常規模擬變速器相比，智慧型變速器在套用中具有以下特點：

量程範圍寬，量程比大

智慧型變送器一般都具有寬廣的量程範圍，量程比大，從30：1到100：1，有的甚至達到400：1。變送器的量程比是指最大測量範圍（URV）與最小測量範圍（LRV）之比[1]。智慧型變送器量程與常規模擬變送器相比，最大的好處就是可以減少庫存量，在不更換表的情況下隨時更改量程，而不用顧忌量程超限。例如中原大化集團有限責任公司由於新增了3套三聚氰胺裝置，中間副產品CO2都要返回尿素裝置的中壓吸收塔進行重新吸收，而吸收CO2就要大大增加進人中壓吸收塔的氨量，這樣用來測氨的儀表量程要由原來的10 t/h擴大到30t/h，這時用智慧型變送器就非常方便，線上調整一下量程就可以了，不用重新更換儀表。如果是常規模擬變送器就要更換量程較大的新表。

維護簡單方便

用手持通信器與智慧型變送器通信可選在現場變送器接線端子處或主控室控制櫃內的接線端子處。這樣儀表檢修人員可在相對較安全、周圍環境較好的控制室來對變送器進行量程修改、參數設定、儀表維護等工作。中原大化集團有限責任公司尿素裝置有一測液氨罐液位的儀表，在開車階段總是指示有誤，原因是開車階段與生產正常階段液氨的密度不同造成儀表指示不準。只能是開車時給變送器設一測量範圍，生產正常時再設一測量範圍。另外，開車時現場容易漏氨等有害氣體，儀表維護人員每次不得不戴著防毒面具來進行處理。如果用智慧型變送器代替原先的模擬儀表，可以同時解決上述問題，在控制室就可對儀表進行參數修改，保證了人員的人身安全。需要注意的是，手持通信器不能直接連在儀表控制迴路中給變送器供電的電源兩端，原因是電源為低阻抗，手持通信器在它兩端無法讀取信息，一般要求迴路電阻在250～600Ω，電阻太小不能通訊，電阻太大變送器工作就會異常。

具有高低壓側轉換功能

智慧型變送器一般有感測器高低壓側轉換的功能，用手持通訊器調整內部參數即可。在生產中就遇到過這樣的問題，由於儀表已運行多年，連線到變送器的導壓管因漏需要更換，更換後儀表投用時發現正負相導壓管接反（因為導壓管較長，又有伴熱管在一塊，正負相容易接反）。如果把2個導壓管互換工作量很大。而智慧型變送器有高低壓側轉換功能，把表內的參數“D45：H/L SWAP”項由NOROMAL（右側高壓，左側低壓）改為REVERSE（右側低壓，左側高壓），重新組態後表一切正常，很省時省力。

智慧型變送器的固定輸出功能

這項功能在下列情況下使用起來比較方便：①當變送器出現故障時，為保證生產設備和人身安全，或為保證產品質量需要變送器輸出在一個固定值上。②在年度大修後，由於儀表控制迴路中的各個環節都進行了檢修，需要在開車前對整個迴路進行聯校，這時可以用手操器運用智慧型變送器的固定輸出功能，找到選單中的“OUTPUTSET（輸出設定）”項，一般可以設定3.8～21.6mA間的任一數值，聯校其所在整個迴路是否正常。

模擬線性

4～20mA DC，與過程壓力成線性。對於普通壓力和差壓變送器選型，也要考慮被測介質的腐蝕性問題，但使用的介質溫度可以不考慮，因為普通型壓變是引壓到表內，長期工作溫度為常溫，但普通型使用的維護量要比隔離型大。首先是保溫問題，在北方冬季零下，導壓管會結冰，變送器無法工作甚至損壞，這就需要增加伴熱和保溫箱等。從經濟角度上來講，選用變送器時，只要不是易結晶介質都可以採用普通型變送器，而且對於低壓易結晶介質也可以加吹掃介質來間接測量（只要工藝允許用吹掃液或氣），套用普通型變送器就是要求維護人員多進行定時檢查，包括各種導壓管是否泄漏、吹掃介質是否正常、保溫是否良好等，只要維護好，大量使用普通型變送器一次性投資會節約很多。從選用變送器測量範圍上來說，一般變送器都具有一定的量程可調範圍，最好將使用的量程範圍設在它量程的1/4~3/4段，這樣精度會有保證，對於微差壓變送器來說更是重要。實踐中有些套用場合（液位測量）需要對變送器的測量範圍遷移，根據現場安裝位置計算出測量範圍和遷移量，遷移有正遷移和負遷移之分。

優勢分析

模擬型特點

• 精度高
  
• 量程、零點外部連續可調
  
• 穩定性能好
  
• 正遷移可達500%、負遷移可達600%
  
• 二線制
  
• 阻尼可調、耐過壓
  
• 固體感測器設計
  
• 無機械可動部件、維修量少
  
• 重量輕（2.4kg）
  
• 全系列統一結構、互換性強
  
• 小型化（166mm總高）
  
• 接觸介質的膜片材料可選
  
• 單邊抗過壓強
  
• 低壓澆鑄鋁合金殼體
  

選型表

代號 品種

DR 微差壓變送器

DP 差壓變送器

HP 高靜壓差壓變送器

AP 絕對壓力變送器

GP 壓力變送器

LT 法蘭式液位變送器

DP/GP 遠傳差壓、壓力變送器

代號 量程範圍

2 0-0.1~1KPa

3 0-1~6KPa

4 0-6~40KPa

5 0-40~250KPa

6 0-0.16~1MPa

7 0-0.4~2.5MPa

8 0-1.6~10MPa

9 0-4~25MPa

0 0-6~40MPa

代號 功能

N 非智慧型型（4~20mA輸出）

S 智慧型型（HART協定）

代號 靜壓Mpa

A 1

B 4

C 10

E 25

F 35

代號	結構材料
	法蘭接頭	排氣/排液閥	隔離膜片	灌充液體
23	316不鏽鋼	316不鏽鋼	316不鏽鋼	矽油
24	316不鏽鋼	316不鏽鋼	哈氏合金C
25	316不鏽鋼	316不鏽鋼	鉭
33	哈氏合金C	哈氏合金C	哈氏合金C
35	哈氏合金C	哈氏合金C	鉭
44	蒙乃爾	蒙乃爾	蒙乃爾

注意事項

在安裝使用前應詳細閱讀產品樣本及使用說明書，安裝時壓力接口不能泄露，確保量程及接線正確。壓力感測器及變送器的外殼一般需接地，信號電纜線不得與動力電纜混合鋪設，感測器及變送器周圍應避免有強電磁干擾。感測器及變送器在使用中應按行業規定進行周期檢定。

壓力變送器選用必知參數

壓力變送器用於測量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然後轉變成4～20mA DC信號輸出。而智慧型型壓力變送器可與HART手操器相互通訊，通過它進行設定，監控或與上位機組成現場監控系統。購買壓力變送器必須知道以下幾個參數。

一、接液材質

我們要考慮的是壓力變送器所測量的介質，一般的壓力變送器的接觸介質部分的材質採用的是316不鏽鋼，如果你的介質對316不鏽鋼沒有腐蝕性，那么基本上所有的壓力變送器都適合你對介質壓力的測量.

如果你的介質對316不鏽鋼有腐蝕性，那么我們就要採用化學密封，這樣不但起到可以測量介質的壓力，也可以有效的阻止介質與壓力變送器的接液部分的接觸，從而起到保護壓力變送器，延長了壓力變送器的壽命.

二、精度等級

每一種電子式的測量計都會有精度誤差的，但是由於各個國家所標的精度等級是不一樣的，比如，中國和美國等國家標的精度是感測器線上性度最好的部分，也就是我們通常所說的測量範圍的10%到90%之間的精度;而歐洲標的精度則是線性度最不好的部分，也就是我們通常所說的測量反的0到10%以及90%到100%之間的精度.如歐洲標的精度為1%，則在中國標的精度就為0.5%。

三、量程範圍

一般感測器測量的最大範圍為感測器的滿量程70%是最好的，也就是現在要測量70bar的壓力，我們選壓力變送器的量程應該選100bar.

四、輸出信號

現階段由於各種採集的需要，當前市場上壓力變送器的輸出信號有很多種，主要4~20mA,0~20mA,0~10V,0~5V等等，但是比較常用的是4~20mA和0~10V兩種，在我上面舉的這些輸出信號中，只有4~20mA為兩線制（我們所說的輸出為幾線制不包含接地或禁止線），其他的均為三線制.

五、介質溫度

由於壓力變送器的信號是通過電子線路部分轉換的，所以一般情況下，壓力變送器的測量介質溫度為-30到+100度，如果溫度過高，我們一般採用的是冷凝彎來冷卻介質，這樣相對讓廠家特地為你生產一個耐高溫的壓力變送器的成本會降低很多.

六、測量介質

一般我們測量的是相對比較清潔的流體，我們就直接採用標準的壓力變送器就可以了，如果你所測量的介質是易結晶的或粘稠的，我們一般採用的是外置膜片的或和化學密封共同使用，這樣會有效的阻止介質堵住壓力測量孔.