基于HART協(xié)議智能壓力變送器的檢定方法

摘要:與常規壓力變送器相比,智能壓力變送器的功能和性能更具有優(yōu)勢?；?strong>HART協(xié)議的智能壓力變送器，提出采用-套壓力控制器對其進(jìn)行檢定。實(shí)驗證明:通過(guò)使用一套壓力控制器和上位機軟件,對其進(jìn)行自動(dòng)調整和檢定,能對檢測點(diǎn)的數據進(jìn)行自動(dòng)計算,大幅度提升了檢定效率。
　　工業(yè)檢測與控制過(guò)程中，壓力變送器是一種常用的儀器,隨著(zhù)自動(dòng)化水平和監控技術(shù)的發(fā)展、DCS系統的應用，,正逐漸向智能化和數字化方向發(fā)展。與常規壓力變送器相比，智能壓力變送器的功能和性能更具有優(yōu)勢。眾多智能壓力變送器中,常用的基于HART協(xié)議的智能壓力變送器,在檢定時(shí)一般需使用兩套壓力控制器進(jìn)行調整和檢定。因此,提出使用一套壓力控制器對其進(jìn)行檢定的方法。
1智能壓力變送器原理及自動(dòng)調節模式
1.1 HART通信協(xié)議概述
　　HART通信協(xié)議是在現場(chǎng)的智能儀器儀表的工業(yè)信號上,疊加數字信號,使傳輸數據的內容豐富,并保留模擬信號傳輸功能,與DCS系統相兼容,使信號在不中斷的情況下,實(shí)現模擬回路的同時(shí)通信，操作更方便。該協(xié)議模型結構分為三層,即:(1)物理層對信號傳輸方式及介質(zhì)進(jìn)行規定,傳輸基于BELL202調制通信標準的FSK技術(shù),常用介質(zhì)為雙絞同軸電纜(2)數據鏈路層。用于保證數據的可靠傳輸,分為MAC(對網(wǎng)絡(luò )構成和數據幀傳輸規則進(jìn)行規定)和LLC(對信息幀格式進(jìn)行規定)兩個(gè)子層。其中信息幀共分為請求幀、應答幀和陣發(fā)幀,其格式如圖1所示。(3)應用層。采用命令集的形式,使主站和從站之間進(jìn)行相互操作.
 
1.2智能壓力變送器的原理
　　基于HART協(xié)議的智能壓力變送器由機械、電路和微處理器等部件構成,其中微處理器是對數據運算， 如圖2所示,主要分為輸人模塊、轉換模塊和輸出模塊,且各模塊都能獨立進(jìn)行調整和測試。
 
(1)輸人模塊。智能壓力變送器對壓力進(jìn)行測量后，會(huì )根據廠(chǎng)家提供的數字表或根據某形式的方程式,將測量結果轉化為數字信號,將過(guò)程變量數值輸出。
(2)轉換模塊。該模塊按照嚴格的數學(xué)關(guān)系，將過(guò)程變量數值轉換為毫安。它是通過(guò)將智能壓力變送器的量程經(jīng)轉換函數計算得到。其中，輸出值為智能壓力變送器輸出回路的電流數值。
(3)輸出模塊。該模塊將轉換模塊的輸出電流數值,通過(guò)D/A轉換器輸出(4 ~20)mA的模擬電流。該階段中,智能壓力變送器中的微處理器是通過(guò)內部的校準因素進(jìn)行校準后,輸出正確的結果。
1.3智能壓力變送器的自動(dòng)調整模式
　　傳統的智能壓力變送器調整方法,需連接電流表、手動(dòng)操作器、電阻、壓力標準器等,步驟較復雜，且壓力標準器和手動(dòng)操作器之間無(wú)法直接自動(dòng)交互,需人工對數據進(jìn)行讀取后,再錄人數據,工作效率較低,容易出現人為誤差。而基于HART協(xié)議的智能壓力變送器的自動(dòng)調整模式,能從軟件上解決壓力標準器與手動(dòng)操作器之間的功能自動(dòng)交互，提高作效率。具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的智能壓力變送器的功能菜單位置不同,自動(dòng)調整模式能統一-將檢定用指令全部提取,再進(jìn)行重新分類(lèi),并將指令放置于統一-的位置,使不同的智能壓力變送器的操作方式-致,操作更簡(jiǎn)單,杜絕了產(chǎn)品不同時(shí)反復對操作功能進(jìn)行查找的問(wèn)題。
(2)將不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的智能壓力變送器的操作轉換為全中文的觸摸式操作，操作界面更加友好,操作更加便捷、高效,調整能一鍵實(shí)現,使工作人員的操作維護更加快捷。
(3)壓力控制器的兼容性較好,可使用網(wǎng)絡(luò )對壓力控制器進(jìn)行升級,實(shí)現對各種常見(jiàn)和新出的基于HART協(xié)議智能壓力變送器的自動(dòng)調整。
2基于HART協(xié)議智能壓力變送器的檢定工作
2.1檢定前的調整工作
(1)智能壓力變送器檢定前,需對輸人模塊和輸出模塊進(jìn)行調整。其中,輸人模塊壓力值的調整工作為傳感器調整;輸出模塊輸出數值的調整工作為電流輸出調整。調整時(shí),首先連接壓力控制器,然后進(jìn)人控制器界面，對該變送器進(jìn)行搜索,待搜索成功后,開(kāi)始進(jìn)行調整。
(2)電流調整時(shí),需調整智能壓力變送器的電流輸出比例系數,使電流輸出數值與實(shí)際輸出的環(huán)路電流相同。首先,進(jìn)入調整點(diǎn),自動(dòng)設置該變送器的零點(diǎn)或滿(mǎn)度點(diǎn),當環(huán)路電流測量值在(4 ~ 20) mA范圍內時(shí),手動(dòng)輸人或在界面按“獲取”鍵錄入測量值,然后按照錄人數值調整零點(diǎn)或滿(mǎn)度點(diǎn)。
(3)傳感器調整時(shí),需調整智能壓力變送器的壓力值,并與實(shí)際輸出的壓力值相同。調整壓力量程下限和上限時(shí),可通過(guò)調整點(diǎn)自動(dòng)設置輸出壓力量程的上、下限壓力值,也可通過(guò)壓力控制器的輸出值窗口改變輸出壓力值7]。壓力測量值可手動(dòng)輸入或在界面中按“獲取”鍵直接錄人,然后按照錄人數值調整壓力值。
(4)溫度補償時(shí),一般需進(jìn)行高、低溫補償操作。首先,進(jìn)行常溫時(shí)零位和滿(mǎn)量程的數據輸人,即先讀取常溫零位數據并輸入,再加壓至滿(mǎn)量程后,讀取常溫滿(mǎn)量程數據后錄入。同樣,將溫度升高或降低至所需高溫或低溫后,錄人高溫/低溫零位數據和滿(mǎn)量程數據[8]。然后,在界面中按“溫度補償"按鈕進(jìn)行智能壓力變送器的溫度補償。此外, HART功能診斷界面可對電流環(huán)進(jìn)行測試、壓力清零等工作。
2.2 檢定方法
　　將基于HART協(xié)議的智能壓力變送器調整后，按照檢定規程進(jìn)行檢定。(1)根據其量程進(jìn)行壓力標準模塊選擇,并安裝于壓力連接臺上,將輸出正極與壓力控制器的24V插孔連接,輸出負極與壓力控制器的電流測量插孔連接以]。(2)使用 上位機軟件建立檢定程序,錄人準確度、測量范圍等參數,通過(guò)控制指令,使其將壓力信號平穩的輸出至各檢定點(diǎn),并對輸出的電流信號依次讀取記錄。(3)待壓力達到上限后,再降低，繼續反方向降低壓力信號并輸出至各檢定點(diǎn),讀取并記錄輸出的電流信號,直至壓力降至下限，完成檢定循環(huán)，智能壓力變送器檢定流程圖如圖3所示。
 
2.3檢定數據的處理
　　使用上位機軟件,計算基于HART協(xié)議智能壓力變送器的檢定數據，并自動(dòng)生成檢定記錄和證書(shū)。智能壓力變送器檢定為例,準確度等級0.1級,測量范圍(0~ 1. 6)MPa,檢定壓力控制器,準確度等級0.02級,測量范圍(0~1.6)MPa。該軟件可自動(dòng)記錄檢定數據,并進(jìn)行示值誤差和回程誤差計算，標識各超差點(diǎn)，實(shí)現對檢定結果的判定。三次檢定記錄如表1所示。
 
　　由表1可知,基本誤差最大允許值±0. 0l6mA;實(shí)際測量值-0.008mA;回差的最大允許值0.016mA;實(shí)際測量值0. 009mA ,檢定結果合格。
2.4檢定注意事項
　　隨著(zhù)智能壓力變送器的準確度級別提高,目前,最高準確度已達0.05級,但操作過(guò)程中若出現錯誤，則會(huì )使檢定結果超出誤差。因此,使用壓力控制器對精度高基于HART協(xié)議的智能壓力變送器進(jìn)行檢定時(shí),需要注意以下幾點(diǎn):
(1)壓力控制器的準確度等級滿(mǎn)足檢定規程規定,且綜合不確定度滿(mǎn)足1/4或1/3檢定智能壓力變送器的要求。
(2)檢定時(shí),環(huán)境溫度對智能壓力變送器的檢定數據影響較大,需將被檢定的壓力變送器在滿(mǎn)足檢定溫度范圍內的實(shí)驗室內放置2h,待溫度達到平衡后,再進(jìn)行檢定。
(3)壓力控制器的各穩定性指標設置要求較高,如設置壓力穩定的條件指標為0.003% FS,控制較小的超調量對控壓速度調小時(shí),需使檢定時(shí)壓力上升和下降的過(guò)程平穩,并準確記錄檢定數據。
(4)部分智能壓力變送器需進(jìn)行阻尼設置,且讀數前,需將其調整為零或待智能壓力變送器穩定。
(5)體積較大的智能壓力變送器進(jìn)行檢定時(shí)，需增加壓力連接管，使標準器與檢定的智能壓力變送器的感壓點(diǎn)高度相等,若兩者不在同- -水平面,則需對液柱進(jìn)行修正[10]。修正時(shí),需注意修正值的正負情況,若修正錯誤,則會(huì )形成更大的誤差。
3結語(yǔ)
　　綜上所述,基于HART協(xié)議智能壓力變送器的檢定方法,自動(dòng)化程度更高,準確度明顯提升。且該檢定方法只需使用一套壓力控制器進(jìn)行檢定,不僅滿(mǎn)足檢定規程的相關(guān)要求,而且能實(shí)現檢定數據的自動(dòng)記錄和處理,使檢定時(shí)間大大降低,是--種方便可行的用于周期性、大批量的智能壓力變送器的檢定方法。