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壓力變送器、差壓變送器的性能誤差主要有哪些
壓力差壓變送器是目前應用量較大的現場參數變送器,被廣泛應用在工業自動化的各個領域。20世紀六七十年代,壓力差壓變送器精度指標為1.0%或0.5%。目前,絕大部分壓力差壓變送器的精度指標為0.1% 或0.075% ,Zui高精度指標為0.05%。精度是任何過程測量設備的關鍵性能指標,也是設備選型和維護需要考慮的一個重要因素。但是上面提到的精度只是由壓力差壓變送器制造廠提供的指標,在用戶生產現場實際應用時,如果用整體性能誤差來表述的話,只有極小部分現場實際應用時的整體性能誤差可能達到制造廠提供的指標,大多數情況下兩者相去甚遠。本文將Shou先介紹有關壓力差壓變送器精度的概念,然后介紹實際影響壓力差壓變送器精度的主要因素,Zui后介紹整體性能誤差的計算。


一、變送器的參考精度


在每一個壓力差壓變送器產品的說明資料中,制造廠家往往Shou先介紹精度指標,正如很多樣本中附注介紹的那樣,它包括線性度、滯后和重復性。但也有制造廠家明確將這一指標稱之為參考精度( referenceaccuracy,RA) 。這個指標只是一個供參考的精度,所以我們將制造廠家提供的“精度”指標統稱為參考精度。


通常,制造廠家提供的參考精度指標是在試驗室條件下測試的精度,這是由變送器制造廠在設計時和通過測試后提供的指標。典型的試驗室條件是: 溫度為( 20 ± 5) ℃,靜壓為0,相對濕度為45% ~ 75%。大多數制造廠家對這一指標的描述是保證±3σ 的一致性。測試誤差正態分布如圖1所示。實際測試時,大量的隨機誤差服從正態分布規律。如果概率密度取±1σ,置信概率為68. 2%; 概率密度取± 2σ,置信概率為95. 4%; 概率密度取±3σ,置信概率為99.7%。3σ為極限誤差,其概率含義是在1000 次測試中只有3次測量誤差會超過3σ。由于一般測試中的測量次數只有幾十次,可以認為出現測量誤差超過3σ的概率是很小的。


參考精度是一個非常重要的指標,常常可以作為不同廠家壓力差壓變送器性能比較的基礎。但對于用戶在生產過程具體應用時的性能來說,因為參考精度僅適用于限定的量程比和規定的試驗室條件,當條件變化時,它不能全面衡量壓力差壓變送器在工業應用的整體性能。壓力差壓變送器的參考精度只是其中的一個因素,還有其他一些影響精度的因素需要考慮。


二、影響變送器精度的因素


下面5個因素對壓力差壓變送器的總體性能產生明顯影響: 量程比影響、溫度對零點的影響、溫度對量程的影響、靜壓對零點的影響、靜壓對量程的影響。這5 個影響因素可分別用TDE、TEz、TEr、SPEz、SPEr來表示。


部分制造廠商在樣本中還列出了電源影響、震動影響、安裝位置影響等,但這些因素影響小,通常不予考慮。某 些制造廠商在樣本中列出了給定應用條件下壓力差壓變送器總體性能的影響數據。壓力差壓變送器通常分為壓力、差壓這2 大類,差壓變送器需考慮上述5 個因素的影響,而壓力變送器只需考慮量程比影響及溫度影響。下面的分析是針對差壓變送器考慮的,而壓力變送器除了不考慮靜壓影響外,其余與差壓變送器相同。


2.1 量程比影響


所有差壓變送器的樣本都會指定量程范圍和量程比,規定了量程上限值( upper range limit,URL) 和量程下限值( lower range limit,LRL) ,如圖2 所示。如果變送器不帶量程遷移,則量程下限值LRL 通常為0; 如果變送器帶100% 量程遷移,則量程下限值LRL 等于- URL。用戶可以設定量程低范圍值( lower range value,LRV) 和量程高范圍值( upper range value,URV) 。樣本中同時會規定用戶可設定的Zui大量程變化范圍和Zui小量程變化范圍。


差壓變送器的制造商同時也會說明,他們所聲稱的參考精度不一定適用于用戶選擇的每一個量程。通常制造商采用以下公式計算:


TDE = ±[f1 + f2( URL/Span) ] ( 1)


式中: f1、f2


為制造廠家給出的系數。


通常URL /Span 以量程比符號r 代替,公式可簡化為:


TDE = ± ( f1 + f2 r) ( 2)


如用戶選擇的量程超過15∶1的量程比,則給出了以下計算公式:


TDE = ± 0. 005%r ( 3)


大多數差壓變送器在10∶1 的量程比范圍內,精度仍為參考精度,不受量程比的影響。但仍有相當數量的差壓變送器保證參考精度的量程比小于10∶1,這一指標甚至還有3∶1 和2∶1; 且同一型號產品的不同量程代號,保證參考精度的量程比也可能出現很大的差別,這都是用戶在計算受量程比影響后的精度時需特別注意的。


當傳統壓力差壓變送器的量程比大于10∶1 時,精度通常開始降低。針對這一問題,某品牌公司推出了一個新的S 系列壓力差壓變送器。這種變送器采用了專Li技術FoxCal,在變送器的固件中存儲11 個校準點,即量程上限( URL) 的2. 5%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、85% 和100%,自動選擇基于輸入的正確曲線。采用11 個校準點的標定方法,即使變送器在高量程比80∶1 時,仍能保持其參考精度。


2.2 溫度影響


在過程應用中,過程溫度、環境溫度會發生很大的變化,肯定會與變送器測試時的參考條件不同,這也意味著性能將與所介紹的參考精度不同。溫度變化會影響變送器的零點精度和量程精度,通常采用與式( 2)形式相似的公式計算:


TE = ± ( f1 + f2 r) ( 5)


式中: TE 為溫度影響,可用來計算TEz 或TEr; f1、f2為制造廠家給出的系數。有的變送器制造商分別給出了溫度對零點精度和量程精度的影響數據.


溫度對差壓變送器的影響在接近Zui大量程( 即小量程比) 時很小,但在接近Zui小量程( 即大量程比) 時影響就很大,有時甚至超出了我們的想象。


三、整體性能誤差


一旦差壓變送器的量程已設置,則參考精度、量程設置影響、溫度影響和靜壓影響等相關的誤差都已確定,那么用戶已具備確定整體性能誤差( total probableerror,TPE) 必要的元素。整體性能誤差也可稱為總概率誤差,它可以用來衡量用戶使用的差壓變送器在生產現場實際工況下可能產生的誤差大小。TPE 誤差計算應按誤差平方總和的方根計算:


方根計算表




因為每臺差壓變送器量程的設置、應用現場溫度和靜壓的條件都會有所不同,所以即使用戶使用的是同一制造商、同一型號甚至是同一量程代號的產品,其整體性能誤差也有差別,甚至會有很大的差別。壓力變送器的整體性能誤差分析與計算同差壓變送器,只是無須考慮靜壓影響。
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