基于har协议的智能变送器检验

基于har协议的智能变送器检验

目前，由于体积小、体积快、易于修改、数字显示和自我诊断等优点，广泛应用于工业领域。从工作原理上,智能型变送器同传统变送器有较大的不同,传统变送器是基于模拟信号处理的,灵活性不强;而智能型变送器是基于数字信号处理和微处理机的,因而两者的校验方法也存在很大的不同。智能型变送器的校验方法比传统变送器要复杂,校验项目也多,如果不清楚这些校验项目之间的区别与联系,极有可能造成变送器的测量精度降低,甚至发生测量值错误等问题。下面以Rosemount公司支持HART通讯协议的智能型变送器为例,对其校验方法作一个全面的分析。1应用程序和原理智能型变送器的测量原理和工作流程见图1。隔离膜片和填充液将过程压力传递给变送器中心的填充液,中心的填充液将压力传递到传感器的膜片上。这一膜片是一个张紧的弹性元件,其位移随所受差压而变化,即与被测量成正比。两侧的电容极板检测传感器膜片位置的变化,两电容极板之间的电容也就发生变化,并被转换为相应的数字信号。变送器内部的电子模块接收来自传感器模块的数字信号后,对信号进行修正和线性化,然后输出经修正和标尺变换后的数字信号,并转换成一个模拟信号输出,同时可与HART手操器通讯。智能型变送器的内部信号处理流程见图2。当施加一个例如10kPa的压力于传感器膜片上,膜片就会产生相应的位移,继而产生差动电容Δδa,这个差动电容将被电子电路采集,并经A/D转化为数字量形式的Δδd。而后,微处理器将对之进行温度补偿等修正计算,然后再根据一条由厂家预设定的曲线F1(x)(传感器特性曲线)和测量得到的Δδd,推算出目前的测量值PVd,并可以通过手操器读到。之后,这个测量得到的PVd需要根据用户设定的零点值和量程进行标尺转换(F2(x)),得到一个百分数型的数字量AOd,这个数值将会经过线性D/A转换,转换成为4~20mA的电流作为变送器的输出。2手操器出路、进路数据校验智能型变送器的校验可以划分为以下几个类别和工作项目,见图3。智能型变送器的校验方法从操作方法上可以分为两大类:一类是通过手操器来进行校验;另一类是用本机按钮进行校验。从信号处理流程上来划分,又可以分成3个小类,即传感器微调、量程修正、输出微调。从校验的彻底性上,传感器微调又可以分为2种,分别是“零点微调”和“完整微调”。2.1传感器为外部测量值发生器的校准传感器微调是针对传感器的真实特性曲线同厂家预设的特性曲线发生偏离时采取的校验方法,这是纯粹的变送器校验。如果输入一个被测量值给智能型变送器,又通过手操器读这一测量值,如果两者偏差超出精度要求,便需要做传感器微调了。传感器微调本质上是根据外部的可信任的更高精度的测量值发生器对变送器内的传感器进行校准,对F1(x)函数曲线进行修正。如上所述,传感器微调又分为“零点微调”和“完整微调”2种。“零点微调”是一种单点修正法,适合于因为安装等问题造成的零点偏移修正,这种校准法只改变零点的偏移位置,并不修正F1(x)函数曲线的斜率。另外,对于绝对压力变送器,不能进行“零点微调”!因为对于绝对压力变送器而言,是无法给出一个绝对压力真值来校准其零位,而应该采取“完整微调”来进行修正。它是一种两点校准法,一般可以在变送器的零点值和量程上分别进行。首先应当按零点值作“lowtrimvalue”,确定曲线F1(x)的偏移修正量,然后再按量程值作“hightrimvalue”,以计算出在这个测量范围内的曲线F1(x)的斜率修正量。2.2测量量不稳定c从严格的意义来讲,量程修正并不能作为一种变送器校准的方法,但因为其操作简单,许多技术人员在现场仍采用这种方法来拼凑。从本质而言,这是一种修改量程的方法和手段(修改标尺变换函数曲线F2(x)),而不是一种校准的方法和手段。但必须承认,这种方法可以实现一定的校准效果,因为对于用户而言,理想的变送器应当是输入一个零点的测量值,变送器输出4mA的直流电流;而输入一个量程值时,变送器输出20mA的直流电流,只要能达到这个目的,就可以认为校验成功了。以一台3051变送器为例,测量范围0~10kPa;如果加压0kPa,测得的数值为0kPa;加压10kPa,测得的数值为9.96kPa。如果不做传感器校准,那么,可以将该变送器的零点值(Lrv)设置为0kPa,而同时将该变送器的量程值(Urv)设置为9.96kPa。这时,同样可以实现输入10kPa的压力,变送器输出20mA的目的。显而易见,这种方法存在的问题是:(1)大大地影响了变送器零点值和量程值的可读性;(2)如果标尺变换函数不是线性的,例如差压型的流量变送器,这种方法会带来较大的误差。量程修正有2种实现方法,第1种是通过手操器键盘直接输入,如上例,可以直接用键盘输入Urv为9.98kPa即可;第2种,就是直接输入一个可以信任的10kPa压力,告知变送器,这就是量程高值Urv,这样,变送器就会把测得的9.96kPa自动填入Urv中。相比较而言,第1种方法更简便一些。2.3d/a转换电路输出电压不正确时也可能是正常设定好测量范围后,智能型变送器会按照Lrv=0%、Urv=100%的约定将PVd按照函数曲线F2(x)转化为百分型的数值AOd,然后将这个数值送至D/A电路转换为实际的电流值。但D/A电路也会存在一个转换误差,而且这个转换误差会随着时间的推移而变化,因此,当发现变送器的内部电流输出值正确,而回路输出的电流不正确时,就应当对D/A电路进行输出微调了。以上述例子来说明,变送器的测量范围为0~10kPa;如果加压0kPa,测得的数值为0kPa,输出的电流为4mA;加压10kPa,测得的数值为9.96kPa,AOd=19.936mA(这个数值可以从手操器上读到);而此时用标准电流表测得的回路输出电流为19.936mA,这表明,D/A转换部分是良好的,误差来源于传感器部分。但如果此时做输出微调,也可使变送器增加电流输出值,直至回路电流为20.00mA,从而达到校准的目的。这只是在现场临时采用的一种方法。2.4本机按钮法本机按钮方法本质上和量程修正方法是一样的,均是通过修改测量零点值和量程值来临时拼凑的,只是实现的方式不同而已。3优化实践操作的方法对于用户而言,一般最关心的是,输入一个零点数值的被测量,希望变送器输出一个4mA的电流值;输入一个满量程数值的被测量,希望变送器输出20mA的电流值。客观地来讲,在一定的范围内,采用上述3种校验方法中的任何一个均可以实现这个目的,但从流程的清晰性、特性曲线的良好性来说,应该根据实际的情况选择一种对症的校验方法,这样才能获得最好的效果。根据上面的分析,可以得出以下几个选择原则:(1)输入一个被测量给智能型变送器,通过手操器读到变送器的测量值,如果两者偏差超出要求,便需要做“传感器微调”;(2)“量程修正”这一项