差壓變送器廣泛應(yīng)用于電力、化工和醫(yī)藥等行業(yè)中，這些儀表往往涉及到工業(yè)安全和貿(mào)易結(jié)算等，因此，客觀科學(xué)的評(píng)價(jià)它們的性能，確保計(jì)量性能的準(zhǔn)確性和可靠性是非常重要的。由于受限于標(biāo)準(zhǔn)器的性能等諸多因素，目前針對(duì)差壓變送器的計(jì)量仍是按照表壓的形式進(jìn)行，即在高壓端(H端)施加壓力，低壓端(L端)通大氣，以大氣壓作為參考靜壓來測(cè)量；在某些情況下，通過從低壓端輸入正壓(高壓端通大氣)來模擬負(fù)壓測(cè)量。而實(shí)際使用工況為高壓端和低壓端同時(shí)施加不同的壓力值，在不同靜壓下輸出差壓值。由于傳統(tǒng)的表壓測(cè)量模式無法反映出差壓變送器的真實(shí)工況，也就不能反映差壓變送器的真實(shí)性能。因此昌暉儀表利用DH.B249T型高靜壓差壓活塞式壓力計(jì)對(duì)選取的三家企業(yè)生產(chǎn)的差壓變送器進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，分析在不同靜壓條件下差壓變送器的輸出特征曲線變化。
1、差壓變送器的穩(wěn)定性試驗(yàn)
試驗(yàn)所選取的差壓變送器的信息如表1所示。為了確定差壓變送器自身的穩(wěn)定性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，對(duì)所選取的差壓變送器的零點(diǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性和不同靜壓下零點(diǎn)穩(wěn)定性分別進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均通過變送器顯示屏直接讀取壓力值以盡可能減小標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)變送器輸出的影響。
表1差壓變送器信息
代號(hào) 差壓變送器型號(hào) 差壓范圍/kPa 最大工作壓力/MPa 準(zhǔn)確度等級(jí)
A 昌暉YR-ER101 0-50 16 0.075級(jí)
B 富士FKCS36V5 0-500 16 0.065級(jí)
C 國產(chǎn)JK3351 0-250 10 0.5級(jí)
①零點(diǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性
對(duì)單晶硅差壓變送器A和硅微電容差壓變送器B兩臺(tái)差壓變送器在大氣壓條件下進(jìn)行超過1周的零點(diǎn)穩(wěn)定性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
圖1 差壓變送器A、B零點(diǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性
結(jié)果表明：單晶硅變送器A差壓測(cè)量范圍0～50kPa，零點(diǎn)漂移小于0.008%FS；硅微電容變送器B差壓測(cè)量范圍0-500kPa，零點(diǎn)漂移小于0.01%FS，均符合試驗(yàn)要求。
②差壓變送器在不同靜壓下的零點(diǎn)穩(wěn)定性
在不同的靜壓0、3、6、9、12MPa條件下對(duì)樣品的零點(diǎn)進(jìn)行了靜壓試驗(yàn)。每組分別進(jìn)行2次升壓和2次降壓試驗(yàn)，測(cè)量連續(xù)進(jìn)行。單晶硅差壓變送器A和硅微電容差壓變送器B試驗(yàn)結(jié)果分別如圖2和圖3所示。
圖2 單晶硅差壓變送器A不同靜壓下零點(diǎn)穩(wěn)定性
圖3 硅微電容差壓變送器B不同靜壓下零點(diǎn)穩(wěn)定性
結(jié)果表明：靜壓對(duì)零點(diǎn)輸出的影響趨勢(shì)是相同的，即隨著靜壓的增大，影響量也逐漸增加，并且特征曲線逐漸向負(fù)誤差方向偏離。這應(yīng)是差壓變送器的典型特征。變送器A在12MPa靜壓下零漂不大于0.015%FS；變送器B在12MPa靜壓下零漂不大于0.03%FS；變送器C由于顯示的分辨率只有0.1kPa，未能發(fā)現(xiàn)明顯的零漂。
2、不同靜壓下的差壓變送器的特性
對(duì)所選取的差壓變送器，分別測(cè)量在靜壓0、3、6、9、12MPa條件下的差壓輸出值，并評(píng)定不同靜壓對(duì)差壓輸出值的誤差影響。
①昌暉YR-ER101單晶硅差壓變送器A
圖4是昌暉單晶硅差壓變送器A在靜壓0-12MPa的5次測(cè)量的平均值。可以看出，靜壓6MPa時(shí)曲線開始向下彎曲，即隨著靜壓的增加誤差在逐漸負(fù)向變大。靜壓12MPa時(shí)，特征曲線向下彎曲最明顯，在50kPa時(shí)差壓變送器的測(cè)量結(jié)果已經(jīng)超出最大允許誤差。
圖4 單晶硅差壓變送器A不同靜壓下輸出特性
②富士FKCS36V5硅微電容差壓變送器B
差壓變送器B差壓測(cè)量范圍是0-500kPa。結(jié)果如圖5顯示，隨著靜壓的增大，特征曲線向誤差負(fù)向彎曲明顯。只有在靜壓為0MPa時(shí)，測(cè)量誤差在企業(yè)提供的允許誤差范圍內(nèi)，當(dāng)靜壓12MPa時(shí)誤差已經(jīng)大于0.25％FS，達(dá)到了最大允許誤差的4倍。這種結(jié)果是測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和變送器特性共同引起的。
圖5 差壓變送器B不同靜壓下輸出特性
③國產(chǎn)電容式差壓變送器C
國產(chǎn)電容式差壓變送器C差壓測(cè)量范圍是0-250kPa，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。
圖6 電容式差壓變送器C不同靜壓下輸出特性
特性曲線與前面的幾組類似。其中在靜壓9MPa時(shí)的測(cè)量誤差已經(jīng)超出了企業(yè)給出的準(zhǔn)確度要求(注：以上差壓變送器均未得到企業(yè)關(guān)于高靜壓條件下的特征曲線允許變化的信息，這里只按照實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析)。
對(duì)不同靜壓條件下多型差壓變送器的輸出特征曲線進(jìn)行了測(cè)量，實(shí)驗(yàn)表明所有差壓變送器都受到靜壓的影響，如果在靜壓影響下零點(diǎn)出現(xiàn)漂移，表明特征曲線也將改變，靜壓對(duì)差壓變送器特征曲線的影響表現(xiàn)出相同的作用，隨著靜壓的增大，差壓變送器的輸出特征曲線明顯的向誤差負(fù)向彎曲，甚至個(gè)別差壓變送器在最大試驗(yàn)靜壓時(shí)已經(jīng)超出其最大允許誤差。相關(guān)結(jié)論對(duì)差壓變送器的生產(chǎn)、檢測(cè)與應(yīng)用都有著重要的參考意義，需要給予足夠的重視。建議有條件的計(jì)量機(jī)構(gòu)增加差壓變送器的選型進(jìn)行試驗(yàn)，以得到更加全面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，為差壓變送器的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)提供可靠的技術(shù)依據(jù)。
作者：張強(qiáng)、何亞洲、彭剛、Malte Kloefkorn
