影響天然氣管道用壓力變送器誤差的幾種因素

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)壓力變送器的研究大多集中在變送器智能電路領(lǐng)域，而工作中的現(xiàn)場(chǎng)操作對(duì)壓力變.送器產(chǎn)生的誤差影響鮮有提及。因此，對(duì)經(jīng)過(guò)調(diào)試的壓力變送器進(jìn)行誤差研究具有一定的應(yīng)用價(jià)值。3051型壓力變送器進(jìn)行各項(xiàng)調(diào)試操作，采集其調(diào)試前后的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究，觀察變送器因調(diào)試產(chǎn)生的誤差，為其實(shí)際應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
一、測(cè)試設(shè)備與測(cè)試要求
1.測(cè)試設(shè)備
       試驗(yàn)對(duì)象壓力變送器，其量程為0~10MPa;通過(guò)恒溫室對(duì)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行溫度控制;采用艾默生475現(xiàn)場(chǎng)通信器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、量程遷移、零位調(diào)試等操作;采用Const162氣壓泵、Const181A液壓泵提供壓力源;分別以空氣和變壓器油作為試驗(yàn)介質(zhì);采用Const273數(shù)字壓力校驗(yàn)儀進(jìn)行輔助數(shù)據(jù)采集以及壓力大小控制。
2.測(cè)試要求
       控制環(huán)境溫度為(20+0.5)℃，濕度為(50+2)%RH，消除環(huán)境因素對(duì)壓力變送器示值的影響。將量程均分為8段,即選取9個(gè)檢定點(diǎn)。壓力.泵作為壓力源，每個(gè)壓力.點(diǎn)保持壓力10s，通過(guò)數(shù)字萬(wàn)用表讀取輸出電流值。每個(gè)壓力點(diǎn)重復(fù)5次實(shí)驗(yàn)，取5次讀數(shù)平均值作為其參照數(shù)據(jù)。
二、實(shí)驗(yàn)
1.量程遷移對(duì)壓力變送器產(chǎn)生誤差影響
       對(duì)默認(rèn)出廠(chǎng)設(shè)置0~10MPa的壓力變送器按一、2測(cè)試要求進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。隨著壓力的增大，變送器輸出電流誤差值呈類(lèi)似線(xiàn)性增大，這是由于變送器本身存在誤差，并且用于控制壓力源的標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)精度為0.01%FS，存在系統(tǒng)誤差。在測(cè)試過(guò)程中，輸出值穩(wěn)定性較高，因此在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，3051型壓力變送器可以完全滿(mǎn)足西氣東輸各環(huán)節(jié)所需要的0.2級(jí)要求。

       接著，在測(cè)量允許范圍內(nèi)，使用艾默生475現(xiàn)場(chǎng)通信器將該壓力變送器量程遷移為0~6MPa與0~14MPa，按測(cè)試要求進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果如表2、表3所示。進(jìn)行量程遷移后，實(shí)測(cè)電流值基本仍.呈線(xiàn)性變化，誤差隨量程的縮放產(chǎn)生了縮放變化，但沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)期中誤差隨量程縮放比例而呈一-定比例變化規(guī)律。這是由于羅斯蒙特壓力變送器采用的微處理器包含了有關(guān)傳感器響應(yīng)壓力和溫度輸人特性的信息，即輸出信號(hào)已經(jīng)受到了補(bǔ)償調(diào)整。
總體概率誤差公式:

       式中:TPE--總體概率誤差;Ra--參考精度;TI一溫度影響;SPI-靜壓影響;URL--一壓力.上限值;URV-量程上限值;T--一環(huán)境溫度。
       本次測(cè)試采用的壓力變送器不是差壓變送器，無(wú)靜壓影響SPI。在環(huán)境溫度不變情況下，將量程擴(kuò)大或縮小，溫度影響TI數(shù)值會(huì)隨之變大或縮小。在工廠(chǎng)表征曲線(xiàn)不變的情況下，總體概率誤差TPE也會(huì)隨之而改變，但TPE數(shù)值同時(shí)受Ra與SPI影響，因此在改變量程后，誤差并沒(méi)有呈一定比例變化。
        對(duì)量程的遷移并不能改變微處理器中的工廠(chǎng)表征曲線(xiàn),雖然會(huì)給壓力變送器帶來(lái)--些人為誤差，但在正常工作溫度范圍內(nèi)，仍然可以滿(mǎn)足其使用精度等級(jí)要求。在測(cè)量范圍回遷至0~10MPa后，壓力變送器的信號(hào)輸出恢復(fù)正常值，未帶來(lái)新的誤差。
2.零位修正對(duì)壓力變送器產(chǎn)生的誤差影響
       選取經(jīng)過(guò)一段時(shí)間正常使用后，零位出現(xiàn)少量漂移的壓力變送器進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如表4所示。隨著監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力值的增大，變壓器輸出電流值誤差依然呈線(xiàn)性變化。整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，數(shù)值跳動(dòng)幅度較小，可說(shuō)明在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，3051型壓力變送器保持了較好的穩(wěn)定性。
在該壓力變送器泄壓穩(wěn)定30min后，對(duì)其進(jìn)行零位修正操作，結(jié)果如表5所示。與表4對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在零位修正完成后，隨著壓力值變大，誤差值的遞增幅度與零位修正前基本相同。這是由于,對(duì)壓力變送器進(jìn)行零位修正屬于單點(diǎn)調(diào)整，對(duì)工廠(chǎng)表征曲線(xiàn)并未產(chǎn)生影響。在實(shí)際檢定過(guò)程中，零位修正操作有助于補(bǔ)償壓力變送器因?yàn)榘惭b位置不同而產(chǎn)生的客觀影響，也可以消除變送器因長(zhǎng)期使用造成的零位漂移。
3.檢測(cè)介質(zhì)對(duì)壓力變送器產(chǎn)生的誤差影響
       筆者選取變壓器油為介質(zhì)對(duì)上述修正過(guò)的壓力變送器進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表6所示。與表1對(duì)比可知，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，更換介質(zhì)后，檢定結(jié)果未發(fā)生明顯改變。

       查閱相關(guān)資料獲悉，更換檢測(cè)介質(zhì)后，壓力變送器在檢測(cè)過(guò)程中的放置角度會(huì)對(duì)其檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，因此，將受到介質(zhì)(此處為變壓器油)污染后的壓力變送器水平放置進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表7所示。
       在標(biāo)準(zhǔn)條件下，受過(guò)變壓器油污染的壓力變送器測(cè)量誤差未有明顯變化，但是在測(cè)試過(guò)程中，輸出數(shù)據(jù)跳動(dòng)幅度變大，造成讀數(shù)困難，尤其是在受到輕微震動(dòng)后，該跳動(dòng)幅度明顯增大。這是由于壓力變送器的傳感器部分為擴(kuò)散硅元件,靈敏度較高,黏附在其表面的變壓器油無(wú)法徹底清除，在受到震動(dòng)后直接對(duì)傳感器造成影響，引起輸出數(shù)據(jù)的波動(dòng)。
       變壓器油熱膨脹系數(shù)為960×10^-6/℃，在環(huán)境溫度發(fā)生變化后，由介質(zhì)污染產(chǎn)生的零位溫漂不在羅斯蒙特的工廠(chǎng)表征曲線(xiàn)囊括范圍內(nèi)，故帶來(lái)的誤差影響更為明顯，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)盡量避免。
三、結(jié)論
1.量程遷移操作不改變微處理器中的工廠(chǎng)表征曲線(xiàn)，雖然會(huì)給壓力變送器帶來(lái)人為誤差，但該誤差可以通過(guò)量程回遷消除。
2.零位修正操作可以修復(fù)溫度變送器在長(zhǎng)期使用后產(chǎn)生的零位漂移，誤差值仍然保持線(xiàn)性。
3.液體檢測(cè)介質(zhì)會(huì)對(duì)壓力變送器產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差變大和示值不穩(wěn)定，在實(shí)際操作過(guò)程中應(yīng)避免。