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电容式差压变送器误差因素分析
点击次数:1059 发布时间:2015-07-30

  近年来,各行业的生产流程逐步实现自动化,提升了企业的工作效率,同时大大降低了劳动强度。为满足液体、气体压力自动监测及控制的需求,各种自动化仪表应运而生,但仪表的现实情况是否符合其本身的技术指标直接关乎生产过程的安全与管理,作为计量部门,我们应该仔细对压力测量仪表的误差因素进行分析研究,以使我们掌握仪表的使用情况并用科学的方法去检定仪表。
1.电容式差压变送器的特点及原理
电容式差压变送器采用二线制,供电电压24VDC,其敏感元件为差动式电容,它可将差压的变化转换为电容量的变化,这个变化经传送部分运算放大后,由变送器输出4~20mA直流信号,从而实现压力的自动测量。整个电容式差压变送器耐震耐冲击,可靠度高,稳定性好,精度高,允许的误差一般不超过其量程的±0.25%。因此,电容式差压变送器被广泛应用于石油、化工、冶金、造纸、纺织、医药、电力等领域生产过程中。
电容式差压变送器分为检测部分和传送部分,如图1所示。

检测部分是将被测的压力差经过电极转换为静电容量的变化值。其原理如图2所示。被测流体的差压△p通过导压管进入变送器的正负压室,分别作用于左右两个隔离膜片上,通过充灌液将压力传送到测量膜片上使形成差压,从而产生位移Ad,由于位移较小,可近似认为△p与Ad互成线性关系。即Ad=却,一般情况下△d不大于0.1mm,这样,两固定电极之间的电容量将不再相等,二者呈如下关系:

式中:是关于K1/d。的一个常数;d。是变形前左右两固定板之间的距离。
经过检测后,传送部分放大器电路、电阻及电位器组成的线性电阻网络利用差动电容元件将电容量的变化转换为电流信号i、i,经相敏整流后输出两组信号:一组叫做差动信号,l,它是产生的电流的差值;另一组叫做共模信号,它是产生的电流之和。
差动信号与反馈信号比较后经电流放大器的放大成为4~20mADC电流,n输出。输出电流经复杂的电路转换为与其成正比的反馈信号,反馈至电流放大器的输入端,保证了反馈信号,,与输出电流,0成线性关系。同时,产生的共模信号,c在电路中保持不变,使得与被测压力差却之间成为单一的比例关系。
2.造成电容式差压变送器误差因素
*,导致电容式差压变送器误差的因素除仪表量程、灵敏度、精度、线性度、静压特性、稳定性等外,还与大气压、温度、重力加速度及安装方式有关。从第二节中电容式差压变送器的原理探讨我们可以看出,测量仪表本身的结构也会影响到仪表的测量精度。

2.1变送器测量膜片及隔离膜片制造条件约束造成设计误差
从其使用原理上看,当有差压产生时,必然导致测量膜片产生或多或少的位移,差压△p作用于隔离膜片上,通过灌充液传递使得测量膜片产生位移Ad,它们之间呈近似的线性关系。当测量高压差时,为满足条件测量膜片设计较厚;而在测量微差压时,膜片太厚则灵敏度降低,因此,在设计时考虑到制造因素,测量膜片必然不能满足位移Ad远远小于其壁厚的条件,造成设计上的误差。
2.2电源和电源线路干扰可能造成误差
由于电容差压变送器检测部分利用的是平行板电容器原理,考虑到形变等因素电极板被制作成了弧形,都没有考虑边缘电场的影响,产生的电场分布不均匀,从而使得膜片产生的位移Ad与电容量变化AC偏离了近似的线性关系。而电源线路的不合理铺设(如无接地线)必然会在电线横截面外产生分布电容,对压力变送器的平行板电场产生干扰,也造成近似的比例关系越来越偏离实际,使得测量值与实际值存在一定的偏差。
2.3仪表选择不合理导致相对误差
仪表的误差是测量值减真实值之间的值,仪表的固定误差是其量程精度,对于相同的压力条件,采用不同量程精度的压力变送器误差不同,用大量程的压力变送器测量小压力值会产生较大的误差。对于一台精度为0.075%的变送器其固定误差为0.75Pa,也就是说,测量1MPa的压力时,该仪表的精度为0.075%,而测量500kPa的压力时,仪表的精度为0.15%,而测量10kPa的压力时,其精度只有7.5%。说明采用同一种压力变送器,测量值越小,相对误差越大,因此,仪表的不合理选型会导致测量误差偏大。
2.4仪表引压管路设计安装不合理导致误差变送器测量压力时须设置引压管路,在安装时差压变送器引压管取压点与容器壁不能完全垂直、引压管设置太长或无倾斜度、仪表与引压管路密封不严,存在压力延缓现象,造成静压不平衡存在附加误差,同时压力变送器引压管内介质中含有气体或液体时造成介质密度变化引起测量值偏差。
一般情况下,测量液相压力时,取压口一般选择在管线或设备的下侧部位,以防止介质中析出的气泡进入引压管,引起测量的迟缓,但也不宜开在zui低部,以防沉渣堵塞取口。在环境温度较低的地区,应在引压管中部设置一防冻液盛装设备,以防止如原油等液体介质凝管造成压力不准的现象。
2.5环境温度变化导致仪表测量误差仪表设定的量程(ap=pgh)是以密度P不变为基础,一些密度P随温度变化比较大的液体,当环境温度与被测处温度差距比较大时或当容器内的介质含有液相或气相成分时,引压管内液体密度P发生较大的变化,这时,二次仪表反应的示值与实际值就会有很大的误差。
2.6流体长时间压力波动现象造成检测硬件受损
在压力频繁升降的条件下,隔离膜片及测量膜片受到压差产生的交变应力的作用,使测量膜片的位移Ad超过允许的范围,特别是在实际压力值比仪表量程的zui大值还大的情况下,测量膜片受到的应力超出测量膜片的屈服极限,必然会产生变形甚至断裂,导致仪表产生漂移,从而检测到的压力值不准或不能检测。
2.7差压变送器零位调节不准导致误差
仪表在安装过程中产生的误差可以用零位调节的方法消除,智能化变送器可在现场用手持通讯器或在仪表本体上直接确认零点,一旦零位调节不合理,压力指示值与实际值完全不符,若对压力变送器的示值不加以修正,将会导致较大的误差。
综合上述,影响电容式差压变送器造成测量误差的因素有仪表固有的,有随机的。在设备安装时应尽量避免误差因素的影响,在仪表运行过程中我们要结合这些因素合理评价压力差压变送器的精度,对仪表进行定期的检定与维修。可以根据以上的因素分析提出以下避免或减少变送器误差的措施:
(1)铺设变送器电源线时有接地线,以此克服电线产生的分布电容。
(2)根据工艺要求和相关标准合理选择压力变送器的量程和精度。测量压力大时应选择大量程的变送器,测量压力小时应选择小量程的变送器。
(3)变送器安装时取压点应能真实反映被测压力的大小,合理地选择引压管的粗细、长度及安装倾斜度,减少压力指示的迟缓。选择适当材料作为密封垫片密封好引压管与变送器接口防止泄露导致的压力损失。在环境温度较低的地区,建议在引压管中部设置一防冻液盛装设备防止引压管冻堵。
(4)合理控制容器的运行工况,使压力和温度控制在合理的范围,防止因压力波动对仪表的影响或损坏。
(5)定期对仪表进行检定与调节,使仪表误差控制在允许的范围内。

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