智能型壓力變送器工作性能影響因素的分析

摘　要：隨著我國儀器儀表技術的發展，越來越多的智能型壓力變送器出現在高壓力，大流量的天然氣長輸站場，其工作可靠，性能穩定，具有維護簡單、體積小、重量輕，安裝調試極為方便等特點。同時，其性能的好壞直接影響站場計量系統及商品氣的貿易交接，本文試圖從其零點遷移，使用量程，安裝傾斜角度，工作環境溫度等方面加以分析，最后得出影響壓力變送器工作性能的因素，并提出改進措施，為日后壓力變送器的選型提出合理化的見解。

1 引言
    某天然氣長輸接收站管線設計壓力6.3MPa, 使用量程為0 －8MPa, 工作環境溫度為-40℃至85℃，精度等級為0.075% 的已檢定智能型（3051）型壓力變送器，配合超聲波流量計對上游來氣進行監督計量，但隨著用氣高峰的來臨，在對商品氣進行貿易交接計量時發現階段性虧氣，在排除下游用戶不安全用氣及超聲波流量計正常工作的情況下，對影響智能型壓力變送器工作性能的因素進行分析。

2 零點遷移對智能型壓力變送器的影響
    零點遷移，即壓力變送器的測量起點遷移到某一數值（正值或負值），在零點未遷移時，測量起點為零，當測量起點由零變為某一正值時，稱為正遷移，反之，當測量的起點由零變為某一負值時，稱為負遷移，無論正遷移還是負遷移，壓力變送器的輸出信號的下限值與測量壓力的下限值相對應，即符合以下正比關系（如圖1）：
                                             圖1 輸出信號的下限值與測量壓力的下限值對比關系
   根據以上關系，分別選取兩臺編號為PT80101，PT80103 的該型號壓力變送器，測量區域為進出站，在規定的時間周期內記錄壓力變送器示數并測量相應輸出電流，根據電流，換算出理論壓力值，與實際壓力做對比，推算零位遷移量。如圖2 所示，兩臺該型號壓力變送器，有一臺出現了負遷移，并且通過查詢該型號壓力變送器安裝手冊得知，在不影響精度的情況下，零點最多漂移2.5inH2O, 即±0.06223MPa, 并且可以用HART 手操器修正，對計量無影響。經計算得知，該型號的兩臺壓力變送器量程漂移量最大為0.05752MPa, 小于最大值，對其工作性能無影響，所以可以忽略零點漂移對該型號壓力變送器的影響。

3 使用量程對智能性壓力變送器的影響
     壓力變送器在天然氣站場的應用中，經常由于測量要求或測量條件的變化，需要改變變送器的零點或量程，為此可以對壓力變送器進行零點遷移和量程調整, 量程調整的目的是使變送器的輸出信號的上限值與測量范圍的上限值相對應。在排除管線升壓及維修設備的情況，該天然氣接收站的運行壓力長期保持在5MP 以下，若將壓力變送器的使用量程更改為0MPa-5MPa, 調整其使用上限，是否可以提高計量準確性能，由圖3 可知, 量程調整相當于改變壓力變送器的輸出特性斜率，在一定范圍內可能提高測量的靈敏度，更進一步，該壓力變送器的輸入壓力長年保持在3-5MPa，若將該壓力變送器的量程調整為3MPa-5MPa, 在改變使用量程的基礎上零位遷移，理論上即可以增加測量的靈敏度又可以提高準確度，但實際確不是如此。通過查看安裝手冊得知超出量程比10：1 的情況，該型號壓力變送器的精度等級需要按下列公式計算：
                             精度=±0.075% 量程±[0.0075(URL/ 量程)]% 量程

以3MPa 至5MPa 量程為例，該型號壓力變送器的固有URL(UPRANGE LIMIT) 為27.6MPa, 量程為2MPa，最后得出量程的精度等級為±0.1785% 精度，為原來的2.38 倍，即原有誤差是原來的2.38 倍。

所以，由上可以推算出單純的縮小使用量程，調整使用下限，不能提高計量準確性能，超出規定的量程比，將會降低該型號壓力變送器的精度等級，其原有使用量程為0-8MPa, 量程約比為4：1，在規定的量程比內，故可以排除使用量程對壓力變送器的影響。

4 安裝傾斜度對智能性壓力變送器的影響

   安裝傾斜度是指壓力變送器的中軸線與鉛垂線之間的夾角，根據規定，當介質為氣體時，取壓點應在工藝管道的上部。以廠家提供的安裝手冊為例，安裝位置對變送器零點的最大漂移量為±0.06223MPa，換算成電流為±0.12446mA, 并且可以用HART 手操器修正，下面以傾斜度約為30°，量程為0-5MPa, 精度等級為0.075% 的該型號壓力變送器為研究對象，隨機抽測壓力，分別抽測五次，各項參數如下表所示。

   通過抽測，可以確定安裝傾斜度確實對壓力變送器的工作性能有影響，但產生的漂移量均小于漂移上限，并且其余壓力變送器均垂直安裝，因此可以排除此因素對壓力變送器的影響。

5 工作環境對智能性壓力變送器的影響
    工作環境與實驗環境不同，根據安裝手冊，壓力變送器在-40°C 至85°C范圍內可以正常工作，且在實驗環境下，量程比小于10：1的變送器，環境溫度每變化28°C，變送器的變化不超過±（0.025URL+0.125% 量程)，換算成該型號壓力變送的變化為±0.0169MPa 或±0.05408mA，變化值遠遠小于在工作環境中的零點漂移對變送器的影響，同時，該地區夏天氣候不會超過50℃，冬天由伴熱系統給管段加熱，儀表設備等溫差變化不會太大，所以工作環境對壓力變送器的影響可以忽略不計。

6 結語
   除上述因素外，振動、電源及射頻干擾都對壓力變送器的工作性能有所影響，但影響微乎其微，所以未做考慮。通過分析可知，壓力變送器的零位遷移量在規定的范圍內，對計量未造成實質性的影響，使用量程的調整，在一定范圍內能夠提高壓力變送器工作的靈敏度，若再在此基礎上，同時改變零位遷移量（規定范圍內），也可以提高該壓力變送器的精度，但超過量程比10：1 的其他部分，精度越來越低，建議在使用量程的量程比在5：1 以下。

最后，該天然氣接收站智能型壓力變送器性能良好，未出現計量有誤的情況，同時也為日后在壓力變送器的選型，使用量程的調整及安裝問題上提出了合理化的見解。