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核级差压变送器静压影响的分析
点击次数:842 发布时间:2015-10-28

  压力变送器是工业实践中常用的一种传感器,在核电站的安全和运行中扮演着重要的角色。为使变送器在寿命期内保证在核电站正常运行工况或者事故工况下经受zui苛刻的环境条件且执行规定的安全功能,必须使用经过质量鉴定合格的变送器产品。目前核电站中常用的经过质量鉴定的变送器(简称核级变送器)大都选用电容式测量原理,其综合精度影响因素主要包括参考精度,温度影响、静压影响(差压变送器)、长期漂移和电源电压影响。
根据相关安全准则要求,测量保护通道必须计算仪表的综合精度来验证其是否满足设计要求。在整个通道中变送器的精度有特殊要求,而差压变送器的静压产生的误差影响较大,通道精度计算中加入,则无法满足要求,本文以目前电站中常用的罗斯蒙特1152/1153/1154系列电容式差压变送器来分析静压影响消除方法。
1、核级变送器精度影响因素
  核电站在反应堆停堆系统和专设安全驱动系统中使用的变送器功能精度(PFP)计算公式如下:

其中:E=变送器参考精度;T=温度变化对变送器精度影响;S=静压对变送器精度影响(只针对差压变送器);V=长期漂移;P=电源电压变化对变送器精度影响。
罗斯蒙特1152/1153/1154系列电容式差压变送器,参考精度为0.25%,电源电压波动影响率≤0.005%/V,漂移为0.2%URL,温度影响为温度变化30℃对精度的影响。这几个影响因素对变送器的功能精度影响是随机的,是固有的属性,无法消除。而且这几个因素的影响远小于静压的影响。详见表1差压变送器功能精度计算列表。根据相关安全准则要求,核电站用差压变送器的功能精度一般要求小于等于2%。根据表1功能精度计算数据的分析,只有通过消除静压影响才能满足设计要求。
在特殊情况下,如果静压消除仍然不能满足设计要求,可以对变送器的温度影响进行调整,这需要厂家对变送器的放大电路进行特殊处理,本文不做详细阐述。
2、静压影响误差的产生原因分析及消除方法
  电容式差压变送器的线性校准一般是在负压室通大气(即一个大气压)下进行的。但变送器在现场实际安装运行后,往往会在正负压室间存在一定的工作压力(即静压),此时零点和满量程输出会出现偏移。这种因为静压导致变送器的零点和满量程输出与大气校验时的零点和满量程发生偏移的误差称为静压影响误差,静压影响误差包括两种:静压零点误差和静压量程误差。

2.1静压零点误差的产生原因及消除方法
  电容式差压变送器的传感器结构如图1所示,测量膜片与电容固定极板构成的高压室和低压室两边不可能完全对称,充液体积、刚性绝缘体以及焊接引起的电容固定极板偏心等因素造成零点误差,该误差的方向是随机的(正误差或负误差),但是对一台制造完成的变送器,其大小和方向是固定的,具有重复性,所以可以通过变送器在静压作用下的重新调零来消除。

2.2静压量程误差产生原因及消除方法
  电容式传感器在工作静压(特别是高静压)的影响下,不可避免地会产生测量误差。变送器在静压(特别是高静压)下,测量膜片的中心点处会产生挠度,中心隔离膜片向外的涨紧力增加,膜片的绷紧程度相对工作静压为零时变大,并且静压越大,其绷紧的程度会越大。在绷紧力增加的状况下,中心膜片随差压的位移就会变小,影响电信号的输出。zui终导致测量误差的产生。静压影响量程误差与静压值有一定的线性关系,误差是可以消除的。
2.2.1理论计算消除静压量程误差影响
  以罗斯蒙特1152系列的电容式差压变送器为例,静压修正系数在该系列不同量程的变化值见表2。
根据表2,每1000psi(6.89MPa)静压时量程的变化修正系数为K。计算公式如下:
量程下限的静压量程变化修正量IZ为:

量程上限的静压量程变化修正量IS为:
其中,PZ为给定量程规格变送器的差压量程下限值;PS为给定量程规格变送器的差压量程上限值;P0为给定量程规格变送器的静压(工作压力)。

静压量程误差修正时,在变送器不加静压时,输入量程下限时,将变送器输出调整为4+IZ;输入量程上限时,将变送器输出调整为20+IS。以福建福清项目1、2号机组变送器ASG021MD为例,其型号为1152HP5N22PB,仪表量程为0~0.13MPa.g,工作静压为15.6MPa(2262.585psi)。其中,K=0.81%,Pz=0,Ps=0.13MPa,P0=15.6MPa,IZ=0,IS=0.206mA。重新校准变送器,使零点输出为4mA,满量程输出为20.206mA。
2.2.2试验标定方法消除静压量程误差影响
  试验标定方法是变送器厂家在变送器校验过程中根据采购方提供的静压值进行实际校准的方法。以福建福清项目1、2号机组ASG021MD为例,厂家提供的15.6MPa静压下和无静压下变送器的校验数据如表3所示。

静压量程误差修正时,在变送器不加静压时,对变送器按照有静压输出值进行如下调整:输入量程下限时,将变送器输出调整为Uz/500×1000mv;输入量程上限时,将变送器输出调整为Us/500×1000mv。
2.2.3试验标定加计算方法消除静压量程误差影响理论计算消除静压量程误差影响所用到的修正因子是相应型号变送器的样本数据,是统计分析数据,该修正因子也存在一定的不确定度,罗斯蒙特1152/1153/1154系列电容式差压变送器修正系数的可接受范围如表4所示。

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