HART智能壓力變送器檢測方法

摘要:提出一種HART智能壓力變送器的檢測方法,該方法只需用一套壓力控制器就可以完成壓力變送器的調(diào)整工作和檢定工作。通過壓力控制器和上位機(jī)軟件實現(xiàn)自動檢定壓力變送器,自動計算各檢定點數(shù)據(jù),從而提高工作效率。
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、精度高和高適應(yīng)性叫。相比常規(guī)變送器,智能變送器具有更強(qiáng)的功能、更好的性能，最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(yuǎn)程變換器”,HART協(xié)議現(xiàn)場儀表在原有的4~20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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。
1HART智能變送器的工作原理
　　HART智能變送器除了純機(jī)械和電路之外,還有微處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)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獨進(jìn)行測試和調(diào)整。
 
第一個方框為變送器的輸人塊。變送器對物理量PV(如溫度、壓力或流量)進(jìn)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,第一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(yán)格的數(shù)學(xué)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)最常見,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(xué)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)性實際的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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)器、直流電流表、HART手操器、250Q電阻等,連接過程比較繁瑣,標(biāo)準(zhǔn)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人，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(biāo)準(zhǔn)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)--的位置,形成不同的變送器均為-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(fù)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(hù)工作。
　　壓力控制器的HART功能具有強(qiáng)大的兼容性，可使用U盤或網(wǎng)絡(luò)即可完成升級,支持常見及最新的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(jìn)行調(diào)整，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。下面介紹一下使用壓力控制器對壓力變送器進(jìn)行調(diào)整。首先將壓力變送器與壓力控制器進(jìn)行連接,進(jìn)人壓力控制器的HART應(yīng)用界面進(jìn)行搜索設(shè)備,成功后便可以進(jìn)行調(diào)整工作。
　　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(jìn)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)字鍵盤輸人環(huán)路電流測量值,輸入范圍為4~20mA,或按“獲取”鍵直接將當(dāng)前測量值寫人數(shù)字鍵盤。確認(rèn)后將按照數(shù)字鍵盤上的數(shù)值對零點或滿度點進(jìn)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(jìn)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(biāo),在彈出的窗口里改變輸出壓力值;可以使用數(shù)字鍵盤輸人壓力測量值,或按“獲取”鍵直接將當(dāng)前測量值寫人數(shù)字鍵盤;確認(rèn)后將按照數(shù)字鍵盤上的數(shù)值對PV值進(jìn)行調(diào)整。
　　用于變送器的溫度補(bǔ)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(fù)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(fù)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(bǔ)償”按鈕,完成變送器的溫度補(bǔ)償。倘若無低溫設(shè)備,無法完成上述低溫補(bǔ)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)。
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(rèn)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，可以采取二次調(diào)整的方法來達(dá)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(jìn)行檢定。首先根據(jù)壓力變送器的量程選擇合適的壓力標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(zhǔn)備工作完畢后,利用上位機(jī)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、精度等基本參數(shù),上位機(jī)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(jī)軟件可以方便地對壓力變送器的檢定數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)識，最終判斷檢定結(jié)果,如下頁表1所示。表1中:示值誤差的最大允許值:±0.016mA;實測值:-0.010mA;回程誤差的最大允許值:0.016mA;實測值為0.013mA;絕緣電阻:合格;絕緣強(qiáng)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精度越來越高，最精度高已達(dá)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(biāo)優(yōu)異的壓力控制器檢定精度高壓力變送器時,需要注意以下幾點:
1)精度等級滿足規(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)境溫度對精度高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(dá)實驗室后必須在檢定條件下放置2h,達(dá)到溫度平衡后再.進(jìn)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(biāo)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(dāng)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)器的感壓點高度和被檢壓力變送器感壓點在同-水平面上，否則就需要對液柱進(jìn)行修正,此時要注意修正值的正負(fù),錯.誤的修正會引人更大的誤差。
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(jìn)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,無論在精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，無需任何其他輔助設(shè)備。基于壓力控制器和上位機(jī)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。