引言

壓力變送器是工業(yè)過(guò)程檢測和控制的基礎儀器之一。隨著(zhù)DCS系統在企業(yè)的廣泛應用，壓力變送器發(fā)展趨勢是數字化、智能化、高精度和高適應性[1]。相比常規變送器，智能變送器具有更強的功能、更好的性能，#常見(jiàn)的一類(lèi)智能變送器是采用HART通訊協(xié)議。HART全稱(chēng)為HighwayAddressableRemoteTransducer，意思是“高速鏈路可尋址遠程變換器”。

 

HART協(xié)議現場(chǎng)儀表在原有的4～20mA工業(yè)標準信號上疊加數字信號，在不中斷過(guò)程信號的情況下，在同一模擬回路上同時(shí)實(shí)現通信，給操作使用帶來(lái)了極大方便。正因為如此，HART智能變送器的檢測工作也會(huì )比普通變送器多了一步調整工作。

 

1、HART智能變送器的工作原理

HART智能變送器除了純機械和電路之外，還有微處理器對數據進(jìn)行運算操作。如圖1所示，HART智能變送器可以分為三個(gè)部分，每一個(gè)部分都可以單好進(jìn)行測試和調整。

地衣個(gè)方框為變送器的輸入塊。變送器對物理量PV（如溫度、壓力或流量）進(jìn)行測量，并根據廠(chǎng)家的數值表或某種形式的方程將其轉化為數字信號，地衣方框的輸出就是過(guò)程變量的數值（PV）。第二個(gè)方框為變送器的轉換塊。轉換塊是將過(guò)程量按照嚴格的數學(xué)關(guān)系轉換為毫安表示，可由變送器的量程值（零點(diǎn)和滿(mǎn)度值）結合轉換函數計算得到。轉換函數中線(xiàn)性轉換函數#常見(jiàn)，但在壓力變送器中，往往還提供方根轉換關(guān)系，某些特殊的變送器還可能實(shí)現一些常見(jiàn)的數學(xué)公式轉換或者用戶(hù)自定義數值映射表。第二個(gè)方框的輸出是變送器輸出回路電流值的一個(gè)數值（PVAO）。第三個(gè)方框是變送器的輸出塊。輸出塊是將第二個(gè)方框計算出的輸出數值（PVAO）利用D/A轉換器產(chǎn)生實(shí)際的4~20mA模擬電流輸出。在此過(guò)程中，微處理器必須依靠一些內部校準因素來(lái)得到正確的輸出。

 

2、壓力控制器的HART自動(dòng)調整模式

HART智能壓力變送器的傳統調整方法需要配置壓力標準器、直流電流表、HART手操器、250Ω電阻等，連接過(guò)程比較繁瑣，標準器和手操器直接不能自動(dòng)交互，數據都需要人工讀取并錄入，效率低，且存在人為誤差的隱患。智能壓力控制器的自動(dòng)調整模式，解決了上述問(wèn)題，從軟件層面實(shí)現了標準器和手操器功能的自動(dòng)交互，大幅提高工作效率，其特點(diǎn)如下：針對不同變送器產(chǎn)品HART功能菜單位置不一致的情況，該模式將檢測用指令統一提取出來(lái)，并重新分類(lèi)，放置在統一的位置，形成不同的變送器均為一致的操作菜單的方式，操作更便捷，免除HART設備多樣性帶來(lái)的功能反復查找的煩惱。不同生產(chǎn)企業(yè)的HART設備，均轉換為全中文觸控式操作，界面更友好。具有便利、高效、自動(dòng)化的交互操作，一鍵完成調整，協(xié)助工作人員輕松完成日常維護工作。壓力控制器的HART功能具有強大的兼容性，可使用U盤(pán)或網(wǎng)絡(luò )即可完成升級，支持常見(jiàn)及#新的HART智能壓力變送器。

 

3HART智能壓力變送器的調整工作

HART智能壓力變送器在檢測之前需要對輸入塊和輸出塊進(jìn)行調整，我們將PV值的調整稱(chēng)為傳感器調整；將PVAO值的調整稱(chēng)為電流輸出調整。下面我們介紹一下使用壓力控制器對壓力變送器進(jìn)行調整。shou先將壓力變送器與壓力控制器進(jìn)行連接，進(jìn)入壓力控制器的HART應用界面進(jìn)行搜索設備，成功后便可以進(jìn)行調整工作[2]。

 

電流調整的主要內容如下：通過(guò)調整變送器的電流輸出環(huán)節的比例系數，使變送器的AO數值同實(shí)際輸出的環(huán)路電流一致；提供零點(diǎn)（4mA）和滿(mǎn)度點(diǎn)（20mA）的調整：進(jìn)入調整點(diǎn)時(shí)自動(dòng)設置變送器為零點(diǎn)或滿(mǎn)度點(diǎn)輸出；可以使用數字鍵盤(pán)輸入環(huán)路電流測量值，輸入范圍為4~20mA，或按“獲取”鍵直接將當前測量值寫(xiě)入數字鍵盤(pán)。確認后將按照數字鍵盤(pán)上的數值對零點(diǎn)或滿(mǎn)度點(diǎn)進(jìn)行調整。

 

傳感器調整的主要內容如下：通過(guò)調整變送器的PV值，使變送器的PV值同實(shí)際輸出的壓力值一致；提供低端（PV量程下限）和高端（PV量程上限）調整：進(jìn)入調整點(diǎn)時(shí)自動(dòng)設置控制器輸出PV量程下限或上限的壓力值，也可以點(diǎn)擊控制器輸出值圖標，在彈出的窗口里改變輸出壓力值；可以使用數字鍵盤(pán)輸入壓力測量值，或按“獲取”鍵直接將當前測量值寫(xiě)入數字鍵盤(pán)；確認后將按照數字鍵盤(pán)上的數值對PV值進(jìn)行調整[3]。

 

用于變送器的溫度補償的主要內容如下：常溫下讀取零位數據，先不加壓，待溫度、壓力穩定后，在軟件界面上填零取位值；常溫下讀取滿(mǎn)量程數據，升至傳感器滿(mǎn)量程壓力，在軟件界面上填取正量程值；升溫至需要溫度，先不加壓，待溫度、壓力穩定后，在軟件界面上填高溫零取位值；升至傳感器滿(mǎn)量程壓力，重復步驟2，在軟件界面上填取高溫正量程值；將溫度調至低溫，重復步驟3相同操作；三組溫度數據界面上填好后，點(diǎn)“溫度補償”按鈕，完成變送器的溫度補償。倘若無(wú)低溫設備，無(wú)法完成上述低溫補償，可在取好高溫和常溫數據后點(diǎn)“計算低溫”按鈕，軟件將會(huì )根據高溫和常溫數據，按高溫和常溫變化量的1/2線(xiàn)性變化推出低溫數據[4-5]。

 

在HART功能診斷界面可以完成電流環(huán)測試、壓力清零、電流調整和傳感器調整。以調整一個(gè)0~1.6MPa的HART智能壓力變送器的零點(diǎn)為例，選擇電流調整的零點(diǎn)調整，自動(dòng)獲取實(shí)際環(huán)路電流值4.0092，點(diǎn)擊確認即可完成調整工作，如圖2所示。其他調整項目也可以利用類(lèi)似的方法輕松完成工作。操作成功后一定要返回查看是否修改成功，有的變送器在調整一次后仍然會(huì )存在偏差，我們可以采取二次調整的方法來(lái)達到理想的狀態(tài)。

4HART智能壓力變送器的檢定工作

4.1壓力變送器的檢定

調整完成后的壓力變送器就可以按照壓力變送器檢定規程的要求進(jìn)行檢定。shou先我們根據壓力變送器的量程選擇合適的壓力標準模塊，然后將壓力變送器安裝在壓力連接臺上，將變送器輸出正負極分別接在壓力控制器的24V插孔和電流測量插孔中，如圖3所示。準備工作完畢后，利用上位機軟件新建一個(gè)壓力變送器檢定程序，輸入壓力變送器的量程、準確度等基本參數，上位機軟件通過(guò)控制指令控制壓力控制器平穩地輸出壓力信號到各檢定點(diǎn)，讀取并記錄壓力變送器的電流信號輸出直至上限；然后反方向平穩改變壓力信號到各檢定點(diǎn)，讀取并記錄輸出值直至下限，如此完成一個(gè)循環(huán)。

4.2檢定數據的處理

通過(guò)上位機軟件可以方便地對壓力變送器的檢定數據進(jìn)行計算，并自動(dòng)生成檢定記錄和檢定證書(shū)。以一臺0.1級0~1.6MPa的ROSEMOUNT壓力

變送器為例，檢定數據自動(dòng)記錄到軟件后，通過(guò)軟件計算功能輕松完成壓力變送器示值誤差和回程誤差的計算，各超差點(diǎn)會(huì )自動(dòng)標識，#終判斷檢定結果，如下頁(yè)表1所示。表1中：示值誤差的#大允許值：±0.016mA；實(shí)測值：-0.010mA；回程誤差的#大允許值：0.016mA；實(shí)測值為0.013mA；絕緣電阻：合格；絕緣強度：合格；外觀(guān)合格。

4.3檢定過(guò)程中需要注意的事項

目前智能壓力變送器的準確度越來(lái)越高，#高準確度已達0.05級，一些錯誤的操作很容易引起檢定結果超差。在選擇性能指標優(yōu)異的壓力控制器檢定高精度壓力變送器時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

1）準確度等級滿(mǎn)足規程要求，壓力控制器綜合不確定度滿(mǎn)足被檢壓力變送器的1/3或1/4的要求。

2）環(huán)境溫度對高精度壓力變送器的檢定數據也會(huì )造成較大的影響，因此要求被檢變送器送達實(shí)驗室后必須在檢定條件下放置2h，達到溫度平衡后再進(jìn)行檢定。實(shí)驗室環(huán)境溫度也應保持在規程允許的范圍內。

3）將壓力控制器的控制穩定性指標設定在一個(gè)較高的值，如壓力穩定條件設置為0.003%FS。

4）超調量盡量小，可適當調低控制器控壓速度，保證檢定過(guò)程中升壓和降壓過(guò)程平穩，準確記錄檢定數據。

5）在檢定一些較大體積的壓力變送器時(shí)，需要使用壓力連接管，應盡量保證標準器的感壓點(diǎn)高度和被檢壓力變送器感壓點(diǎn)在同一水平面上，否則就需要對液柱進(jìn)行修正，此時(shí)要注意修正值的正負，錯誤的修正會(huì )引入更大的誤差。

6）部分變送器存在阻尼設置，讀數時(shí)需要先將壓力變送器的阻尼調整為零，或等待壓力變送器穩定后再進(jìn)行數據采集。

 

5結語(yǔ)

這種HART智能壓力變送器檢測方法的應用，無(wú)論在準確度還是自動(dòng)化程度方面都是傳統方法不可比擬的。該方法只需一套設備就解決了HART智能壓力變送器所有的檢測問(wèn)題，wuxu任何其他輔助設備�；�于壓力控制器和上位機壓力自動(dòng)檢定系統的的檢測方法不僅完全滿(mǎn)檢定規程的要求，而且可以自動(dòng)記錄和處理檢測數據，大大縮短檢測時(shí)間，特別適合于實(shí)驗室周期性、大批量的HART智能壓力變送器的檢測工作。