3351（壓力、差壓）變送器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用原理介紹

 3351系列壓力變送器、差壓變送器是對(duì)中低壓蒸汽、氮?dú)狻嚎s空氣等能源介質(zhì)的瞬時(shí)量和累積流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的儀表,是工礦企業(yè)能源核算的重要依據(jù)。隨著工礦企業(yè)對(duì)降低生產(chǎn)成本考核,要求能源計(jì)量一次儀表測(cè)量精度高,故障率低,性?xún)r(jià)比高,投運(yùn)率高,長(zhǎng)期穩(wěn)定地提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
1差壓式流量計(jì)的測(cè)量原理
　　流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的公式,是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和連續(xù)性方程推導(dǎo)出來(lái)的,即
 
式中
α---流量系數(shù);
?---流束的膨脹校正系數(shù);
a---孔板節(jié)流截面積;
△p---節(jié)流元件前后的壓差,Pa;
?---工作狀態(tài)下流體密度,kg/m³。
　　由式(1)、(2)可知,當(dāng)α,?,a,ρ一定時(shí),流量與差壓的平方根成比例。
2智能變送器的測(cè)量t原理及特點(diǎn)
　　通過(guò)比較，選用忠和測(cè)控儀表3351DP差壓變送器和1臺(tái)3351GP壓力變送器。
2.1  3351DP差壓變送器和1臺(tái)3351GP壓力變送器工作原理
1)3351變送器仍然使用與普通型變送器一樣的δ室傳感器,工作時(shí),過(guò)程壓力(流量差壓)通過(guò)變送器膜盒高、低壓側(cè)的隔離膜片和填充液傳遞到δ室傳感器中心的傳感膜片(可動(dòng)電.容極板)上。傳感膜片是一個(gè)張緊的彈性元件,其位移隨所受差壓而變化,其最大位移量為0.1mm且位移量與壓力成正比。兩側(cè)的固定電容極板檢測(cè)傳感膜片的位置。傳感膜片和固定電容極板之間電容的差值由轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號(hào)或數(shù)字Hart輸出信號(hào)。
測(cè)量轉(zhuǎn)換基于如下關(guān)系式。
 
式中p一被測(cè)壓力(或差壓);
K1一常數(shù);
CH一高壓側(cè)(測(cè)量壓力側(cè))極板和測(cè)量膜片之間的電容;
CL一低壓側(cè)(參考?jí)毫?cè))極板和測(cè)量膜片之間的電容。
　　3351智能變送器使用代碼為S的智能電路板。轉(zhuǎn)換電路線路板采用專(zhuān)用集成電路(ASICS)和表面封裝技術(shù),接收傳感器的數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行修正和線性化處理,輸出部分將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號(hào)。并可與Hart通信器(如275型通信手操器)通信,Hart通信器可直接存取傳感器的數(shù)字信號(hào)和對(duì)變送器進(jìn)行組態(tài)、測(cè)試。組態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失性EEPROM存儲(chǔ)器中，即使變送器斷電,數(shù)據(jù)仍能保存。過(guò)程變量則以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)方式保存,可進(jìn)行正確地修正和工程單位換算。
2)3351智能變送器采用新型的共面?zhèn)鞲心ゎ^,具有很高的靈活性,傳感器遠(yuǎn)離過(guò)程法蘭,移至外殼的頸部,從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械隔離和熱隔離。傳感膜頭還可進(jìn)行溫度測(cè)量,用于補(bǔ)償溫.度影響。出廠測(cè)試時(shí)的數(shù)據(jù)和修正系數(shù)都存儲(chǔ)在傳感膜頭的內(nèi)存中,便于使用,在更換線路板時(shí)無(wú)需重新校驗(yàn)或拆下獨(dú)立的儲(chǔ)存修正系數(shù)的PROM。傳感膜頭內(nèi)置線路板用于將電容信號(hào)與溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為可供轉(zhuǎn)換電路板進(jìn)一步處理的數(shù)字格式信號(hào)。
2.2主要技術(shù)數(shù)據(jù)
　3351單晶硅變送器除選用S代碼的智能電路板和智能功能外,其余與普通3351變送器基本相同,技術(shù)參數(shù)不再多述。3351單晶硅變送器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。
1)精度:±0.075%FS
2)穩(wěn)定性:0.25%,5A,(25℃)。
3)量程比:100:1。
4)更新速率:最少每秒20次。
5)多種輸出:標(biāo)準(zhǔn)4~20mADC疊加Hart數(shù)字線性或平方根信號(hào),工作電源10.5~30VDC,通訊要求至少有250Ω回路電阻;
6)指示:可選兩行5位液晶顯示表頭。
7)環(huán)境溫度:-40~85℃。
8)變送器外部有量程與零點(diǎn)按鈕用于校驗(yàn)。
9)電源:24VDC;不帶負(fù)載時(shí),工作電源可為12~45VDC。
10)單向超負(fù)荷極限:0~14MPa。
3、3351變送器與DCS組成測(cè)量t回路
　下圖給出3351變送器與DCS組成測(cè)量回路的簡(jiǎn)單示意圖。
 
　3351由控制室DCS供電，采用安全柵進(jìn)行供電隔離，然后這些信號(hào)送到DCS的FTA接線端子。真正流量顯示，流量累積還需要DCS通過(guò)組態(tài),進(jìn)行壓力補(bǔ)償,才能完成。流量現(xiàn)場(chǎng)顯示為中央控制室顯示。
　差壓式流量計(jì)常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí),由式(1)和式(2)可以看出,把α,ρ,?均作為不變常數(shù)來(lái)考慮,則qv正比于△p的平方根。但在實(shí)際測(cè)量中,p,T不可能不變，例如現(xiàn)場(chǎng)用的700kPa蒸汽,當(dāng)壓力波動(dòng)達(dá).10%時(shí),qv的誤差可達(dá)到5%~15%。由此可見(jiàn)，對(duì)壓力作自動(dòng)修正是必不可少的。
引用公式進(jìn)行修正后的流量qv'為
 
式中qv'一修正流量;
qv一計(jì)算流量;
p一計(jì)算壓力;
p'一實(shí)際測(cè)量壓力;
K一-實(shí)際測(cè)量溫度;
K'一實(shí)際測(cè)量溫度;
?一計(jì)算流束膨脹系數(shù);
?'一實(shí)際流束膨脹系數(shù)。
因?yàn)闇囟取毫ψ兓鹈芏茸兓?引人密度校正公式。
ρ=ρk+△p(p-pk)(5)
△p=(ρmax-ρk)/(pmax一pk)
式中ρ一工作狀態(tài)下的流體密度;
ρk一最低壓力下的流體密度;
△ρ一修正范圍內(nèi)的平均流體密度;
p一工作壓力;
Pk一修正范圍內(nèi)的最低壓力。