差壓變送器工作原理和結(jié)構(gòu)，建立差壓變送器故障數(shù)學(xué)模型，分析膜片故障對(duì)控制回路的影響，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)3種不同故障情況下的處理方法。
通過(guò)理論與實(shí)際的結(jié)合，能更好地處理故障，減少差壓變送器故障所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。
差壓控制系統(tǒng)是化工生產(chǎn)中常用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要組成部分，在智能化生產(chǎn)中將有更廣泛的應(yīng)用；
如果差壓控制系統(tǒng)發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確、對(duì)生產(chǎn)工藝和質(zhì)量造成重大的影響，差壓控制系統(tǒng)的故障分析和處理顯得尤為重要。
差壓控制系統(tǒng)的故障根據(jù)發(fā)生的部分可分為調(diào)節(jié)閥故障、控制器故障、變送器故障等，其中常見(jiàn)的是變送器故障。
變送器影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能，如果發(fā)生故障，會(huì)極大的影響生產(chǎn)安全。目前電容式差壓變送器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高、易于維護(hù)而得到了廣泛的應(yīng)用。
電容式差壓變送器通過(guò)將檢測(cè)的液位、壓力等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，測(cè)量的關(guān)鍵點(diǎn)是可動(dòng)的膜片測(cè)量元件，膜片發(fā)生的故障較為常見(jiàn)。
1差壓變送器原理
差壓變送器可分為單腔式和雙腔室差壓測(cè)量，單壓測(cè)量變送器的膜片受到壓力后，膜片的形變導(dǎo)致膜片的電阻產(chǎn)生變化，電阻的變傾過(guò)放大單元和轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行輸出’輸出的信號(hào)與壓力值可以成相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
如果膜片發(fā)生故障引起變送器發(fā)生故障，整個(gè)反饋的回路就會(huì)出現(xiàn)信息傳送錯(cuò)誤，導(dǎo)致差壓控制系統(tǒng)癱瘓。
2差壓變送器故障模型
當(dāng)差壓變送器膜片發(fā)生故障時(shí)，電容受到影響，建立膜片與變送器輸出之間的關(guān)系，得到膜片與電容之間的變化關(guān)系。
差壓變送器膜片與極板之間的電容示意圖如圖2A所示。
差壓變送器的電流與差壓成正比，與膜片的彈性模量成反比，差壓變送器通常會(huì)出現(xiàn)故障的情況是在變送器工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，差壓不變而電流隨著彈性模量的增加而減小，或者膜片的彈性膜片增加，而膜片輸出電流為0。
3膜片故障對(duì)控制回路的影響
當(dāng)變送器工作時(shí)間較長(zhǎng)，膜片的彈性模量會(huì)發(fā)生變化，彈性模量的增加，故障程度系數(shù)越小，膜片的故障情況越嚴(yán)重，故障程度系數(shù)越大利用Ｍａｔｌａｂ平臺(tái)建立了控制回路系統(tǒng)的仿真平臺(tái);
變送器在正常工作時(shí)，輸出電流與跟蹤信號(hào)是呈線性關(guān)系，輸出過(guò)程呈穩(wěn)定平衡狀態(tài);
如果故障程度系數(shù)發(fā)生變化，變送器輸出會(huì)隨著電流的增加而增加，而經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，變送器的輸出逐漸減小，最后變?yōu)?，而過(guò)程對(duì)象的值一直增加到最大值。
差壓變送器膜片與極板間電容變化
4故障處理
4.1差壓變送器顯示壓力值偏高故障
在生產(chǎn)過(guò)程中工藝操作人員發(fā)現(xiàn)集中控制系統(tǒng)中的壓力顯示值比現(xiàn)場(chǎng)顯示偏高，儀表維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查;
發(fā)現(xiàn)差壓變送器液晶顯示值與壓力表顯示值一致，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試ＤＣＳ的顯示值，發(fā)現(xiàn)該顯示值也為正常值，通過(guò)檢測(cè)儀器檢測(cè)發(fā)現(xiàn)變送器輸送的電流值與實(shí)際輸出的電流較低，判斷故障發(fā)生點(diǎn)為電路板故障。
在更換電路板后，集中控制系統(tǒng)的顯示值與現(xiàn)場(chǎng)的顯示值一致。
4.2壓力值偏低故障
集中控制系統(tǒng)操作人員發(fā)現(xiàn)壓力變送器顯示值偏低，到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)壓力變送器顯示與集中控制系統(tǒng)的顯示值一致，故障點(diǎn)可能是現(xiàn)場(chǎng)儀表出現(xiàn)問(wèn)題;
出現(xiàn)上面的情況的原因有引壓管線里含有液體，或者是變送器的刻度零點(diǎn)發(fā)生偏移。
在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)引壓線進(jìn)行排液，發(fā)現(xiàn)有少量液體排出，液體排出后，現(xiàn)場(chǎng)與集中控制系統(tǒng)顯示基本一致。
4.3無(wú)壓力值顯示故障
集中控制系統(tǒng)操作人員發(fā)現(xiàn)某壓力值無(wú)顯示，儀表人員檢查壓力控制回路傳輸?shù)男盘?hào)值較低，測(cè)量回路出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)檢査集中控制系統(tǒng)的接線端，發(fā)現(xiàn)端子排一個(gè)保險(xiǎn)端子燈報(bào)警顯示，更換保險(xiǎn)后，壓力顯示正常。
對(duì)現(xiàn)場(chǎng)接線進(jìn)行接地測(cè)量，發(fā)現(xiàn)負(fù)端接線存在接地現(xiàn)象，檢査分支電纜線路，發(fā)現(xiàn)接線箱接口線路存在裂口，對(duì)線路進(jìn)行更換處理，壓力值能穩(wěn)定顯示。
5結(jié)語(yǔ)
對(duì)差壓變送器的工作原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)述，建立了差壓變送器故障數(shù)學(xué)模型，并對(duì)膜片故障對(duì)控制回路的影響進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)介紹了3種不同故障情況下的處理方法，通過(guò)對(duì)理論與實(shí)際的結(jié)合，才能更好的對(duì)故障進(jìn)行處理。
并在生產(chǎn)工作中要加強(qiáng)對(duì)差壓變送器的運(yùn)行倩況進(jìn)行記錄，根據(jù)故障發(fā)生的不同情況進(jìn)行排查處理，建立差壓變送器的維護(hù)工作機(jī)制;
規(guī)范操作人員的工作流程，合理的布置檢修維護(hù)方案，加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的巡檢，減少差壓變送器故障所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。
差壓變送器是一連生產(chǎn)歷程主動(dòng)化中歷程檢測(cè)和控制體系的重要構(gòu)成部門。其作用是將壓力等被測(cè)工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電（氣）同一尺度信號(hào)，然后將此信號(hào)送至別的單位以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述工藝參數(shù)的主動(dòng)檢測(cè)或主動(dòng)調(diào)治。
智能壓力變送器布局如下圖所示。
1）檢測(cè)、變更部門
此中敏感元件的作用是將被測(cè)工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，現(xiàn)在重要接納擴(kuò)散硅式和靜電電容式壓力傳感器。片上靜電電容型傳感器其布局見(jiàn)圖3.2。
被測(cè)壓力P1、P2分別加于左右兩個(gè)斷絕膜片上，通過(guò)硅油將壓力傳送到丈量膜片。該丈量膜片由金屬薄片制成，作為差動(dòng)可變電容的運(yùn)動(dòng)電極，在雙方壓力差的作用下可左右位移肯定量間隔。在丈量膜片左右有兩個(gè)金屬牢固電極。
當(dāng)丈量膜片向一邊興起時(shí)，它與兩個(gè)牢固電極間的電容一個(gè)增大一個(gè)減小，通過(guò)引出線丈量這兩個(gè)電容的變革便可知道差壓的數(shù)值。
擴(kuò)散硅式壓力傳感器見(jiàn)圖3.3。丈量敏感元件為周邊固支的硅杯，在此杯單晶硅膜片的上下兩側(cè)出現(xiàn)壓差時(shí)膜片內(nèi)部孕育發(fā)生應(yīng)力。在壓力P1、P2作用下電橋出現(xiàn)不均衡，輸出一個(gè)正比于壓力變革的電壓信號(hào)。
調(diào)治單位的功效是把傳感器輸出的薄弱模仿信號(hào)調(diào)治成盤算機(jī)上求的信號(hào)電平，而且經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入微處置處罰機(jī)中。
2）微處置處罰器部門
從總體上而言，微處置處罰器的作用是對(duì)變壓器的各功效模塊舉行辦理。借助于微處置處罰器（盤算機(jī)）的果斷、影象、運(yùn)算功效，可以實(shí)現(xiàn)很多處置處罰功效：檢測(cè)部門線性化，量程重調(diào)與轉(zhuǎn)換，零點(diǎn)調(diào)解，阻尼時(shí)間設(shè)定，自診斷和通訊等。微處置處罰器還控制D/A模塊、表現(xiàn)驅(qū)動(dòng)模塊并驅(qū)動(dòng)數(shù)字通訊器等。而只讀存儲(chǔ)器用于存放組態(tài)數(shù)據(jù)、測(cè)頭線性化數(shù)據(jù)和量程常數(shù)。
3）輸出部門
由于現(xiàn)在海表里均劃定了歷程控制體系瓣尺度模仿信號(hào)電流為直流（DC）4~20毫安，電壓信號(hào)為1~5V。故CPU處置處罰輸出的數(shù)字量丈量信號(hào)需經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成（DC）4~20毫安模仿量輸出；隨著技能的不停生長(zhǎng)，歷程控制體系實(shí)現(xiàn)數(shù)字化已是一定趨向?，F(xiàn)處于模仿、數(shù)字信號(hào)并存的時(shí)期。故現(xiàn)有的智能壓力變送器除輸出模仿量外還必須有數(shù)字量輸出的功效。別的，在通訊中也涉及數(shù)字量題目，這統(tǒng)統(tǒng)都有賴于數(shù)字通訊器（調(diào)制解調(diào)器）來(lái)舉行。
差壓變送器的應(yīng)用很廣泛，為保證其準(zhǔn)確性、正常運(yùn)行，定期檢查、校準(zhǔn)是很有必要的?，F(xiàn)介紹一種不用拆除導(dǎo)壓管就進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的方法。
一、準(zhǔn)備工作
我們知道 差壓變送器在應(yīng)用中是與導(dǎo)壓管相連接的，通常的做法，需要把導(dǎo)壓管和差壓變送器 的接頭拆開，再接入壓力源進(jìn)行校準(zhǔn)。這樣是很麻煩的，并且工作和勞動(dòng)強(qiáng)度大，最擔(dān)心的是拆裝接頭時(shí)把導(dǎo)壓管扳斷或出現(xiàn)泄漏問(wèn)題。我們知道不管什么型號(hào)的差壓變送器 ，其正、負(fù)壓室都有排氣、排液閥或旋塞;這就為我們現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)差壓變送器提供了方便，也就是說(shuō)不用拆除導(dǎo)壓管就可校準(zhǔn)差壓變送器。對(duì)差壓變送器 進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，先把三閥組的正、負(fù)閥門關(guān)閉，打開平衡閥門，然后旋松排氣、排液閥或旋塞放空，然后用自制的接頭來(lái)代替接正壓室的排氣、排液閥或旋塞;而負(fù)壓室則保持旋松狀態(tài)，使其通大氣。壓力源通過(guò)膠皮管與自制接頭相連接，關(guān)閉平衡閥門，并檢查氣路密封情況，然后把電流表（電壓表）、手操器接入變送器輸出電路中，通電預(yù)熱后開始校準(zhǔn)。
二、常規(guī)差壓變送器的校準(zhǔn)
先將阻尼調(diào)至零狀態(tài)，先調(diào)零點(diǎn)，然后加滿度壓力調(diào)滿量程，使輸出為20mA, 在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校講的是快，在此介紹零點(diǎn)、量程的快速調(diào)校法。調(diào)零點(diǎn)時(shí)對(duì)滿度幾乎沒(méi)有影響，但調(diào)滿度時(shí)對(duì)零點(diǎn)有影響，在不帶遷移時(shí)其影響約為量程調(diào)整量的1/5，即量程向上調(diào)整1mA，零點(diǎn)將向上移動(dòng)約0.2mA,反之亦然。例如:輸入滿量程壓力為100Kpa, 該讀數(shù)為19.900mA, 調(diào)量程電位器使輸出為19.900+（20.000-19.900）×1.25=20.025mA. 量程增加0.125mA，則零點(diǎn)增加1/5×0.125=0.025. 調(diào)零點(diǎn)電位器使輸出為20.000mA. 零點(diǎn)和滿量程調(diào)校正常后，再檢查中間各刻度，看其是否超差?必要時(shí)進(jìn)行微調(diào)。然后進(jìn)行遷移、線性、阻尼的調(diào)整工作。
三、 智能差壓變送的校準(zhǔn)
用上述的常規(guī)方法對(duì)智能變送器 進(jìn)行校準(zhǔn)是不行的，因?yàn)檫@是由HART變送器結(jié)構(gòu)原理所決定。因?yàn)橹悄茏兯推髟谳斎雺毫υ春彤a(chǎn)生的4-20mA電流信號(hào)之間，除機(jī)械、電路外，還有微處理芯片對(duì)輸入數(shù)據(jù)的運(yùn)算工作。因此調(diào)校與常規(guī)方法有所區(qū)別。;對(duì)校準(zhǔn)就有:“設(shè)定量程”、“重定量程”、“微調(diào)”之分。其中“設(shè)定量程”操作主要是通過(guò)LRV.URV的數(shù)字設(shè)定來(lái)完成配置工作，而“重定量程"操作則要求將變送器連接到標(biāo)準(zhǔn)壓力源上，通過(guò)一系列指令引導(dǎo)，由變送器直接感應(yīng)實(shí)際壓力并對(duì)數(shù)值進(jìn)行設(shè)置。而量程的初始、最終設(shè)置直接取決于真實(shí)的壓力輸入值。但要看到盡管變送器的模擬輸出與所用的輸入值關(guān)系正確，但過(guò)程值的數(shù)字讀數(shù)顯示的數(shù)值會(huì)略有不同，這可通過(guò)微調(diào)項(xiàng)來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。由于各部分既要單獨(dú)調(diào)校又必需要聯(lián)調(diào)，因此實(shí)際校準(zhǔn)時(shí)可按以下步驟進(jìn)行:
1、先做一次4-20mA微調(diào)，用以校正變送器內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換器，由于其不涉及傳感部件，無(wú)需外部壓力信號(hào)源。
2、再做一次全程微調(diào)，使4-20mA、數(shù)字讀數(shù)與實(shí)際施加的壓力信號(hào)相吻合，因此需要壓力信號(hào)源。
3、最后做重定量程，通過(guò)調(diào)整使模擬輸出4-20mA與外加的壓力信號(hào)源相吻合，其作用與變送器外殼上的調(diào)零（Z）、調(diào)量程（R）開關(guān)的作用完全相同。2 ^8 }2 y9 C6 b. D
四、幾點(diǎn)建議
調(diào)校工作結(jié)束后，要把排氣、排液閥或和旋塞旋回原位，并應(yīng)纏上生料帶，要旋緊保證不泄漏，但旋緊前應(yīng)該先進(jìn)行正、負(fù)壓室的排氣、排液工作。此時(shí)還可利用工藝壓力，進(jìn)行簡(jiǎn)易的變送器 靜壓誤差檢查工作。
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