差壓變送器檢定方法的探討

葉加星，鄧艷琴，李夕強(qiáng)，李軍

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102)

0 引言

現(xiàn)行通用的差壓變送器檢定時一般采用的是低壓容室通大氣壓力，但由于差壓變送器實際工作時低壓容室通工作壓力，因此會帶來測量誤差，在一些重要的場合如何選擇合適的測量方法，顯得尤為重要。

1 差壓變送器工作原理

差壓變送器是測量液體、氣體兩端壓力之差的變送器，又分為氣動差壓變送器和電動差壓變送器兩種(本文只研究電動差壓變送器)，可以將測量的壓力變量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的直流信號輸出，如0～5 V，4～20 mA(其原理框圖見圖1)。差壓變送器與一般壓力變送器不同點在于差壓變送器有高壓端與低壓端兩個壓力測量接口，一般情況下只有當(dāng)高壓端壓力大于低壓端時儀表才能測量。

圖1 差壓變送器原理框圖

差壓變送器的主要是根據(jù)力矩平衡原理工作的，如圖2所示。被測差壓壓力ΔP=P2-P1，此差壓壓力通過膜合1的帶動將力“F”傳導(dǎo)至杠桿2，使杠桿2以O(shè)為支點轉(zhuǎn)動，再通過連接機(jī)構(gòu)帶動杠桿6轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致檢測部件4產(chǎn)生位移，致使位移檢測放大器5輸出相應(yīng)比例的直流電流信號，與該直流信號對應(yīng)的磁鋼7內(nèi)的反饋線圈8會產(chǎn)生一個作用于杠桿6上的反作用力傳導(dǎo)至檢測部件4使之進(jìn)行自我比對與調(diào)整，這樣整個杠桿系統(tǒng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。此時位移檢測放大器5輸出電流即為與被測差壓成正比的直流電流I［1］。

圖2 電動差壓變送器工作原理圖

2 差壓變送器的檢定

2.1 差壓變送器檢定標(biāo)準(zhǔn)

目前差壓變送器的檢定主要按照J(rèn)JG 882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》。［2］該規(guī)程主要是以壓力變送器為主，在某些檢定項目中增加了部分差壓變送器的內(nèi)容，具體和差壓變送器有關(guān)的主要是兩個檢定項目:基本誤差和靜壓影響。

JJG 882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》中6.2.3.3條款規(guī)定，“首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗的差壓變送器，靜態(tài)過程壓力可以是大氣壓力(即低壓力容室通大氣);強(qiáng)制檢定的差壓變送器，檢定時的靜態(tài)過程壓力應(yīng)保持在工作壓力狀態(tài)。”檢定接線圖見圖3。

圖3 差壓變送器檢定接線圖

2.2 差壓變送器的檢定方法

現(xiàn)在絕大多數(shù)檢定機(jī)構(gòu)檢定差壓變送器時都采用的是壓力控制器或者是活塞式壓力計，其檢定方法與壓力變送器的檢定并無區(qū)別，差壓變送器的靜態(tài)過程壓力不能保持在工作壓力狀態(tài)。主要是由于很少有廠家研發(fā)可以同時輸出不同壓力值的設(shè)備，同時使用兩臺設(shè)備檢定差壓變送器給檢測工作帶來很多困難。由此一般工況下使用的差壓變送器還勉強(qiáng)符合規(guī)程要求，但強(qiáng)制檢定的差壓變送器的基本誤差的檢定無法按照規(guī)程要求。

另外靜壓影響的檢定也需要在差壓變送器的低壓力容室輸入靜態(tài)過程壓力，由于檢定設(shè)備的局限，因此靜壓影響檢定中的量程變化的檢定還無法開展。

2.3 差壓變送器不同檢定方法結(jié)果對比

為了完全按照檢定規(guī)程的要求，作者自己研制了帶多路輸出的高低壓合體壓力檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以同時輸出兩路壓力，用于解決檢定差壓變送器時，低壓容室無法同時輸入靜態(tài)過程壓力的情況。

本文以某廠家3只6 MPa差壓變送器為例分別以低壓力容室通大氣壓力和工作壓力兩種不同的檢定方法對其進(jìn)行檢定，比對其檢定結(jié)果。

2.3.1 采用低壓容室通大氣的檢定方法

選用3只0.2級的差壓變送器，按照J(rèn)JG 882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》的要求，在環(huán)境溫度20℃±5℃，相對濕度:45%～75%的檢定條件下放置2 h，按照圖3進(jìn)行連接(圖中標(biāo)準(zhǔn)壓力1懸空，為大氣壓力)后開始檢測。選取5個檢定點，從0 MPa開始平穩(wěn)地輸入壓力信號到1.5，3，4.5，6 MPa各檢定點。為了方便結(jié)果的比較，我們采用正行程數(shù)據(jù)。見表1。

表1 采用壓力控制器的檢定結(jié)果(低壓容室通大氣)

2.3.2 采用低壓容室通工作壓力的檢定方法

用表1中的3只差壓變送器按照J(rèn)JG 882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》的要求，在環(huán)境溫度20℃±5℃，相對濕度:45%～75%的檢定條件下放置2h，按照圖3進(jìn)行連接(圖中標(biāo)準(zhǔn)壓力1接工作壓力4 MPa)后開始檢測。選取5個檢定點，從0 MPa開始平穩(wěn)地輸入壓力信號到1.5，3，4.5，6 MPa各檢定點;同樣記錄正行程數(shù)據(jù)。結(jié)果見表2。

表2 采用帶多路輸出的高低壓合體壓力檢測系統(tǒng)的檢定結(jié)果(低壓容室通工作壓力)

2.3.2 用專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法評定Z值

我們用評定Z值的方法評定現(xiàn)行采用的低壓容室通大氣的檢定方法檢定差壓變送器其結(jié)果的滿意度。以公式(1)計算Z值。

式中:XLAB為采用低壓容室通大氣的檢定結(jié)果;XREF為采用低壓容室通工作壓力的檢定結(jié)果;Δ為差壓變送器的允許誤差。

接受準(zhǔn)則:Z≤1，表明測量結(jié)果滿意，可以接受;

拒絕準(zhǔn)則:Z＞1，表明測量結(jié)果不滿意，必須查找原因并迅速采取糾正措施;

臨界預(yù)防準(zhǔn)則:0.7＜Z≤1，表明測量結(jié)果接近臨界，基本滿意，必須查找原因并采取適當(dāng)預(yù)防措施。

我們選取差壓“變送器2”對現(xiàn)行檢定方法Z值的評定［3-6］。結(jié)果見表3。

表3 Z值的評定

從表3中我們得知:測量點6 MPa時分別采用兩種不同方法測量的差壓變送器的結(jié)果“Z值”雖然符合接受準(zhǔn)則，但已經(jīng)達(dá)到了臨界預(yù)防準(zhǔn)則的的判定標(biāo)準(zhǔn)。

3 總結(jié)

從兩種檢定方法的結(jié)果我們可以得知，當(dāng)檢定時采用低壓容室通大氣壓力比低壓容室通工作壓力檢定結(jié)果最大相差0.023 mA，由于其滿量程為16 mA，而現(xiàn)在基本上差壓變送器都為0.2級，最大允許誤差為0.032 mA，相當(dāng)于準(zhǔn)確度降低了一大半，其檢定結(jié)果帶來的誤差是非常大的，對于精度要求非常高的場合，差壓變送器的檢定方法的選擇就需要注意了［7-8］。

［1］曹秀敏.差壓變送器的應(yīng)用和發(fā)展［J］.山西電力技術(shù)，2001(4):63-64.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG 882-2004壓力變送器檢定規(guī)程［S］.北京:中國計量出版社，2013.

［3］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJF 1059-2012測量不確定度的評定與表示［S］.北京:中國計量出版社，2012.

［4］葉加星.壓力變送器測量結(jié)果的不確定度評定［J］.計測技術(shù)，2014，34(S2):92-94.

［5］汪治人.差壓變送器輸出值誤差的不確定度評定［J］.電源技術(shù)應(yīng)用，2012(10):110-111.

［6］宋少英，穆晶.壓力(差壓變送器)示值誤差測量不確定度評定［J］.計量與測試技術(shù)，2006(33):40-42.

［7］周尚富.電容式差壓變送器的誤差分析［J］.計量與測試技術(shù)，2006(3):22.

［8］中國計量測試學(xué)會組編.一級注冊計量師基礎(chǔ)知識及專業(yè)實務(wù)［M］.北京:中國質(zhì)檢出版社，2009.