孟祥斌

隨著(zhù)現代化企業(yè)技術(shù)不斷更新，一些新型儀表相繼問(wèn)世，在測量流量的差壓變送器中，美國SMAR公司LD301智能差壓變送器在石化行業(yè)應用比較廣泛，雖然它有許多優(yōu)點(diǎn)，但是其零點(diǎn)漂移的問(wèn)題，一直困擾著(zhù)使用者，定期的回零檢查不但費力，而且不能從根本上解決問(wèn)題。本文將介紹其性能原理，及筆者在生產(chǎn)實(shí)踐中找到的，徹底解決LD301變送器零點(diǎn)漂移的方法。
1  LD301變送器的性能原理
(1)  結構
LD301智能變送器由敏感部件、硬件和軟件三部分組成。
(2)  性能原理
①  敏感部件工作原理
LD301變送器采用電容傳感器（電容室）作為壓力敏感元件，如圖1所示，其中P1、P2為壓力且P1≥P2，CH為P1側固定極板和敏感膜片之間的電容，CL為P2側固定極板和敏感膜片之間的電容，d為CH和CL固定極板間距離，Δd為P1~P2引起的的敏感膜片的偏移，ΔP為差壓。
二塊平行板組成電容器，其電容值可以用板面積(A)和板間距離d的函數關(guān)系表示為：C=εA/d。ε為介電常數。
假定CH和CL是面積相等的平行板電容。那么CH=εA/[（d/2）+Δd ]，CL=εA/[（d/2）-Δd]。如果加在電容室上的差壓（ΔP）使敏感膜片的偏移不超過(guò)d/4，那么可以認為ΔP正比于Δd即ΔP∝Δd，（CL-CH）/（CL=CH）=2Δd/d；如果固定板CH和CL間距離d是常數，那么（CL-CH）/（CL=CH）正比于Δd，因而就正比于要測量的差壓。電容室是由兩個(gè)電容組成的壓力敏感部件，它的電容值隨所加壓差而變化。 

圖1  電容傳感器（電容室）示意圖

②  硬件工作原理
硬件組件是由膜盒組件和主電路板兩部分組成。
振蕩器產(chǎn)生一個(gè)供電容膜盒使用的交流頻率，經(jīng)過(guò)信號隔離，通過(guò)壓變輸到CPU，CPU是變送器智能核心，它控制整個(gè)變送器的線(xiàn)性化和通迅。運行程序存儲于PROM，運算數據存于RAM，而一些數據存放在EEPROM。例如標定數據組態(tài)等內容。微功耗液晶顯示從CPU接收數據顯示。此外兩個(gè)干簧管安裝在電子線(xiàn)路板上，而外殼有二個(gè)盲孔。置入磁性工具，干簧管接通，分別發(fā)出調零信號（4mA）與滿(mǎn)量程信號（20mA）。
③  軟件工作原理
在LD301硬件基礎上，SMAR開(kāi)發(fā)軟件具有豐富性能。主要包括：數字濾波、工廠(chǎng)標定、用戶(hù)標定、壓力整定、量程調整、輸出功能選擇、控制功能整定、輸出顯示、電流整定等多種功能。而變送器是否參與調節視控制要求而定。
2  變送器準確計量的前提和基礎
變送器的結構及性能原理都決定變送器在使用過(guò)程中要克服外界因素影響和正確安裝，只有這樣變送器才能準確計量。
(1)  克服環(huán)境因素影響
環(huán)境因素是影響變送器準確度的一個(gè)難于控制的條件，但可以通過(guò)一些途徑減少溫度、濕度和振動(dòng)的影響。
①  LD301內裝一個(gè)溫度敏感元件，出廠(chǎng)前在變送器作溫度試驗時(shí)把溫度的影響已存在變送器存儲器中，這樣現場(chǎng)溫度變化影響被大大減少。但對環(huán)境溫度劇烈變化的地方應有保護措施，在比較熱的環(huán)境中，變送器安裝不能直接曝露在陽(yáng)光下，不能靠近高溫和容器處安裝，測高溫介質(zhì)的取壓口和變送器之間必須采用較長(cháng)的導壓管。
②  濕度對電子電路非常有害，在相對濕度很高區域，應采取嚴格的密封來(lái)盡量減少濕度的影響。
③  雖然變送器實(shí)際上對振動(dòng)是不敏感的，但安裝時(shí)也要盡量避免靠近泵、渦輪機和其它振動(dòng)裝置。
(2)  變送器的正確安裝
變送器安裝相對于取壓口位置是有嚴格規定的，只有正確安裝才能夠保證準確的測量，參見(jiàn)表1。

3  LD301變送器零點(diǎn)漂移的解決辦法
在正確標定和安裝后，LD301變送器便可正常投入使用，日常工作中，使用者對LD301調整4mA相應壓力值的常用方法有三種：
①  只用HHT編程器，不用參考標準壓力。
②  用HHT編程器和標準壓力表。
③  用變送器上零點(diǎn)和滿(mǎn)度的本地調節孔和標準壓力值。
而這三種方法都不能從根本上解決LD301變送器零點(diǎn)漂移問(wèn)題。
正確的操作應是，用HHT編程器進(jìn)入TRIM整定功能。首先選擇壓力整定PRESSURE TIRM，由于每個(gè)傳感器在規定壓力和傳感器輸出信號之間都有一特定的曲線(xiàn)關(guān)系，該曲線(xiàn)適用于各自的傳感器，并存入傳感器電路的存貯器中。當傳感器與變送器連接時(shí)，其存儲器中的內容與微機接通，微機使傳感器信號與測量壓力相對應。PRESSURE TRIM功能使變送器與給定壓力相匹配。
零點(diǎn)漂移可由ZERO PRESSURE TRIM進(jìn)行修正，用光標選擇TRIM和PRESSURE顯示為：

使變送器的兩個(gè)容室中的壓力相等（零差壓）待壓力穩定后按（EXE）顯示為：

如果顯示PV等于或非常接近于0，則按（Y）鍵，否則按（N）鍵。電路將根據零點(diǎn)與讀數之差，修改整條特性曲線(xiàn)，直到讀數等于0按（Y）鍵。
在零點(diǎn)整定后，為了獲得更高精度的數字讀數，需進(jìn)一步對UPPER PRESSORE TRIM進(jìn)行整定。用標準儀器給定期望上限值，用光標選擇PRESSURE TRIM顯示為：

按EXE顯示為：

如果壓力值非常接近給定壓力則按（Y），否則按（N）則顯示為：

假定給定值為20kPa，則鍵入20KPa并按EXE，

按（Y）則整條特性曲線(xiàn)修正完畢。
之后再用標準壓力輸入25%、50%范圍，看輸出線(xiàn)性誤差是否很大。如果很大則選精密壓力表對此變送器進(jìn)行非線(xiàn)性調整。
選擇TIRM和PRESSURE顯示：

用光標選擇charcteriz-Trim按（EXE）則顯示為：

按（Y）改變，按（N）返回上一級菜單，按Y顯示為：

如果變送器接到一個(gè)高精度壓力標準上按（Y），否則按（N）返回前一菜單，如果已經(jīng)按Y則顯示為：

P1、P2、P3、P4、P5為線(xiàn)性修正點(diǎn)所供壓力值，假設工作范圍為0~40KPa，則各點(diǎn)選為P1=0KPa，P2=10KPa，P3=20KPa，P4=30KPa，P5=40KPa。按對應標準壓力調P1~P5。準確到給定值，則線(xiàn)性調整完畢。
上述操作完成后進(jìn)行電流鎖定選擇TRIM功能將顯示：

選擇光標至CURRENT按EXE顯示為：

選擇4mA按EXE則顯示為：

稍后顯示為：

如果此時(shí)電流讀數為4mA則按Y，如果不是4mA，例如是4.08mA則按（N）顯示為：

此時(shí)鍵入4.08mA，然后按EXE，電流讀數正確與否，顯示屏上都重復上述問(wèn)題。將讀數做出正確回答，直到讀數4mA為止。用同樣方法將20mA電流調整完畢，此時(shí)電流零點(diǎn)已被鎖定。
綜上所述LD301差壓變送器的零點(diǎn)漂移已經(jīng)消除，零點(diǎn)鎖定已經(jīng)完成，變送器的性能將會(huì )十分穩定。因為ZERO PRESSURE TRIM功能校正了，由安裝或長(cháng)時(shí)間漂移的原因產(chǎn)生的零漂，使特性曲線(xiàn)移至適當位置。UPPER PRESSORE功能對上限壓力讀數進(jìn)行校正，使儀表獲得更高精度的讀數。因此整條特性曲線(xiàn)將由這兩個(gè)功能，分別補償傳感器機械增益（如過(guò)壓）等各種原因引起的任何小誤差，儀表穩定性和精確度大大增強。
4  實(shí)際應用情況
通過(guò)上述方法，2002年5月，筆者成功標定了大慶石化公司水氣廠(chǎng)脫鹽水站10臺LD301差壓變送器。至今檢查零點(diǎn)線(xiàn)性十分穩定，沒(méi)有漂移現象。此外2003年5月在標定一循環(huán)水場(chǎng)4.0MPa蒸汽流量工作中，作者也采用了此方法。結果將原來(lái)零點(diǎn)漂移由（-1.3KPa~28.6KPa）遷回到標準(0~29.4KPa)，每小時(shí)比標定前減少3噸多蒸汽量,得到生產(chǎn)車(chē)間的認可。按50元/噸計算，每年可為水氣廠(chǎng)節約140多萬(wàn)元蒸汽消耗費用。為水氣廠(chǎng)節能降耗做出了一定貢獻。此外LD301變送器各部件之間是相互連接的，一個(gè)部件壞了，只要修復或更換，不會(huì )影響其他部件的使用。因此維護使用起來(lái)方便，也利于節省儀表更新費用。