本安壓力變送器工作原理
1.工作原圖
圖1-1是變送器的基本工作原理，下面將敘述其工作原理和各部件的功能。
1.1“δ”室傳感器（敏感元件）
變送器的核心是一個電容式壓力傳感器，稱為“δ”室（見圖1-2）。傳感器是一個*密封的組件，過程壓力通過隔離膜片和灌充液硅油傳到感壓膜片引起位移。傳感膜片和兩電容極板之間的電容差由電子部件轉換成4～20mA DC的二線制輸出的電信號。
1.2線路板模塊
變送器的線路板模塊是一塊采用專用集成電路（ASICS）和表面封裝技術的線路板。線路板接收來自傳感器的信號并進行修正和線性化。線路板模塊的輸出部分將數字信號轉換成一個模擬輸出信號，并可與HART手操器和上位機軟件進行通信。
1.2.1 A/D轉換
A/D轉換電路采用16位低功耗集成電路，將解調器輸出的模擬量電流轉換成數字量，提供給微處理器作為輸入信號。
1.2.2微處理器
變送器的微處理器控制A/D和D/A的轉換工作，也能完成自診斷及實現數字通訊。工作時，一個數字壓力值被微處理器所處理，并作為數字存儲，以確保精密的修正和工程單位的轉換。此外，微處理器也能完成傳感器的線性化、量程比、阻尼時間以及其它功能設定。
1.2.3 EEPROM存儲器
EEPROM存儲所有的組態，特性化及數字微調的參數，存儲器為非易失性的，因此即使斷電，所存儲的數據仍能完好保持，以隨時實現智能通訊。
1.2.4 D/A轉換
D/A轉換將微處理器送來的經過校正的數字信號轉換為4～20mA模擬信號并輸出給回路。
1.2.5數字通訊
通過一臺通訊器，對變送器進行測試和組態。或者通過任意支持HART通訊協議的上位系統主機完成通訊。HART協議使用工業標準的BELL202頻率相移鍵控（FSK）技術，以1200Hz或2200Hz的數字信號疊加在4～20mA的信號上實現通訊，通訊時，頻率信號對4～20mA的過程不產生任何干擾。
本安壓力變送器技術指標
1.功能參數
使用介質：液體、氣體和蒸汽。
測量范圍：見表6-1中的“量程范圍”。
輸出信號：二線制4～20mA直流信號上疊加HART數字信號，由用戶自由選擇線性輸出或開方輸出。（開方輸出曲線詳見圖3-1）
供電電源：供電電源為12～45VDC，一般工作電源為24VDC。
負載：電路板的負載電阻RL為：RL=（Vs-12V）/0.023A，式中RL：負載電阻Ω，通訊時RL為600Ω；Vs：供電電源電壓V。
輸出指示器：
液晶顯示器：31/2位，字高13mm，輸出按百分數顯示。
量程和零位：變送器可以通過就地按鈕調整或通過采用HART通訊器進行遠程調整。
正負遷移：
·差壓變送器：正遷移量為測量范圍上限值（URL以下同）與測量量程只差；負遷移量為URL。
·壓力變送器：正遷移值為URL與測量量程之差。
·壓力變送器：正遷移量為URL與測量量程之差；無負遷移。
故障報警：自診斷程序檢測出故障，模擬輸出高于22mA或低于3.9mA報警，報警高低標志可通過電子部件開關進行選擇。
變送器狀態寫保護：撥動電子部件上開關可以防止變送器組態的改變。
溫度范圍：電子線路：-40～+85℃ 敏感元件（充硅油）：-40～+104℃ （充惰性油）：-184～+71℃
儲藏溫度：-40～+55℃
啟動時間：阻尼時＜2s
容積吸取量：＜0.16cm3
阻尼：電氣阻尼為0～16s，可按0.1s間隔調整，敏感元件（充硅油）固有時間0.2s，量程代號3阻尼時間為0.4s。
2.技術參數
（在無遷移、參與條件、充硅油和隔離膜片為316L不銹鋼情況下）
精確度：對變送器量程代號4～8量程比40:1時為±0.2%，其它變送器和量程范圍均為±0.25%。
穩定性：十二個月內不超過變送器精度。
溫度影響：（對于量程代號4～9、0）；總誤差＜±0.3量程限值，每變化10℃；其他變送器和其他量程，以上誤差值將增加一倍。
靜壓影響：
DP類：對于14MPa，±0.25量程限值或±0.5%（量程代號為3），在管道壓力下通過調零給予校正。
HP類：±0.2%量程限值，對于32MPa，在管道壓力下通過調零給予校正。
振動影響：0.1%量程限值，10～55Hz，S=0.15mm，在任何方向上。
電源影響：小于0.005%輸出量程/V。
安裝位置影響：當工作膜片不是垂直時，可能產生不大于0.2KPa的零位系統誤差，但此誤差可通過調整零位來消除，對量程無影響。
結構材料：壓力容室、接頭、泄放閥、隔離膜片等與介質接觸的零件材料見各種型號的“訂貨型號規格”表。
·螺栓為不銹鋼
·電氣外殼為低銅鋁合金
·電氣外殼表面涂層為環氧噴塑
導壓連接：在壓力容室上連接螺孔為1/4-18NPT，引壓接頭上的連接螺孔為1/2-14NPT，其中心距可通過改變連接塊予以改變（51、54、57mm）。
電氣連接：變送器殼體有2個M20×1.5螺孔，用以連接電纜管，殼體內有連接端和測量墊片，用以測試。如與通訊器相連時，則必須固定在測量墊片上。
重量：約3.5kg（不包括附件，帶法蘭變送器除外）。
防爆：1.隔爆型Exd Ⅱ CT4；2.本質安全型Exia Ⅱ CT6；
本安壓力變送器安裝
1.概述
變送器可以用來測量流量、液位和應用于其它要求精確測量差壓、壓力的場合。
變送器和導壓管安裝的正確與否，直接影響其對壓力測量的精度程度。因此，掌握變送器和導壓管的正確安裝是非常重要的。
由于工藝流程的需要，以及有時為了節約導壓管材料等經濟的原因，變送器經常安裝在工作條件較為惡劣的現場，為了盡可能減少變送器工作條件的惡劣程度，變送器應盡量安裝在溫度梯度和溫度變化較小，無沖擊和振動的地方。
注意：被測介質不容許結冰，否則將損傷傳感元件隔離膜片，導致變送器損壞。
2.變送器安裝形式
圖4-1為變送器安裝形式圖（用戶可選）
3.變送器外形尺寸
圖4-2和4-3為變送器外形尺寸圖
4.導壓管
下列資料對變送器的正確安裝是非常重要的。安裝位置、蒸汽測量和減少誤差的方法等要求如下：
4.1安裝位置
變送器在工藝管道上的正確的安裝位置，與被測介有關。為了獲得的安裝，應注意考慮下面的情況：
1.防止變送器與腐蝕性或過熱的被測介質相接觸。
2.要防止渣滓在導壓管內沉積。
3.導壓管要盡可能短一些。
4.兩邊導壓管內的液柱壓頭應保持平衡。
5.導壓管應安裝在溫度梯度和溫度波動小的地方。
測量液體流量時，取壓口應開在流程管道的側面，以避免渣滓的沉淀。同時變送器要安裝在取壓口的旁邊或下面，以便氣泡排入流程管道之內。
測量氣體流量時，取壓口應開在流程管道的頂端和側面。并且變送器應裝在流程管道的旁邊或上面，以便積聚的液體容易流入流程管道之中。
使用壓力容室裝有泄放閥的變送器，取壓口要開在流程管道的側面。被測介質為液體時，變送器的泄放閥應裝在上面，以便排出滲在被測介質中的氣體。被測介質為氣體時，變送器的泄放閥應裝在下面，以便排放積聚的液體（見圖4-4）。壓力容室轉動180°，就可使泄放閥位置從上面變到下面。
4.2蒸汽的測量
測量蒸汽流量時，取壓口開在流程管道的側面，并且變送器安裝在取壓口的下面，以便冷凝液能充滿在導壓管里。
應當注意，在測量蒸汽或其它高溫介質時，其溫度不應超過變送器的使用極限溫度。
被測介質為蒸汽時，導壓管中要充滿水，以防止蒸汽直接和變送器接觸，因為變送器工作時，其容積變化量是微不足道的，所以不需要安裝冷凝罐。
4.3減少誤差
導壓管使變送器和流程工藝管道連在一起，并把工藝管道上取壓口處的壓力傳輸到變送器。在壓力傳輸過程中，可能引起誤差的原因如下：
1）泄漏；
2）磨損損失（特別使用潔凈劑時）；
3）液體管路中有氣體（引起壓力誤差）；
4）氣體管路中存積液體（引起壓力誤差）；
5）兩邊導壓管之間因溫差引起的密度不同（引起壓力誤差）；
減少誤差的方法如下：
1）導壓管應盡可能短些；
2）當測量液體或蒸汽時，導壓管應向上連到流程工藝管道，其斜面應不小于1/12；
3）對于氣體測量時，導壓管應向下連接到流程工藝管道，其斜度應不小于1/12；
4）液體導壓管道的布設要避免中間出現高點，氣體導壓管的布設要避免中間出現低點；
5）兩導壓管應保持相同的溫度；
6）為避免摩擦影響，導壓管的口徑應足夠大；
7）充滿液體的導壓管中應無氣體存在；
8）當使用隔離液時，兩邊導壓管的液體要相同；
9）采用潔凈劑時，潔凈劑連接處應靠近工藝管道取壓口，潔凈劑所經過的道路，其長度和口徑應相同，應避免潔凈劑通過變送器。
5.安裝
變送器可以直接安裝在測量點處，可以安裝在墻上，或者使用安裝板（變送器附件）夾拼在2”（約φ50mm）的管道上。
變送器壓力容室上的導壓連接孔為1/4-18NPT螺紋孔，根據需要選購引壓接頭1/2-14NPT錐管螺紋連接的過渡接頭或M20×1.5外螺紋接頭。變送器可以輕而易舉地從過程管道上拆下，方法是擰下固緊接頭的兩個螺栓。轉動連接塊，可以改變兩個連接孔的中心距。中心距有三種尺寸：51mm，54mm和57mm。變送器可以直接安裝在孔板環室、法蘭上或通過安裝支架直接裝在過程管道上。
為了確保接頭的密封，在固緊時應按下面步驟操作，兩只緊固螺栓應交替用扳手均勻擰緊，其最后擰緊力距大約為40N·m（29bf.ft），切勿一次擰緊某一只螺釘。有時為了安裝上的方便，變送器本體上的壓力容室可轉動。只要壓力容室處于垂直面，則變送器本體的轉動不會產生零位的變化。如果壓力容室水平安裝時（例如在垂直管道上測量流量時），必須消除由于導壓管高度不同而引起的液柱壓力的影響，即重新調零位。
6.接線
信號端子設置在電氣盒的一個獨立艙內。在接線時，可擰下接線側的表蓋。左面的端子是信號端子，右面的端子是指示表連接圖端子（見圖4-5）。右面端子上的電流和信號端子上的電流一樣，都是4～20m A D C。電源是通過信號線接到變送器的，不需要另外的接線。
信號線可采用雙絞線。在電磁干擾較嚴重的場合，建議使用屏蔽導線，并妥善接地。信號線不要與其它電源線一起穿金屬管或放在同一線槽中，也不要在強電設備附近通過。
變送器電氣殼體上的穿線孔，應當密封或者塞住（用密封膠），以避免電氣殼內潮氣積聚。如果穿線孔不密封，則安裝變送器時，應使穿線孔朝下，以便排除液體。
信號線可以浮空或在信號回路中任何一點接地，變送器外殼可以接地或不接地。
因為變送器通過電容耦合接地，所以檢查絕緣電阻時，不能用高于100V的兆歐表，電路檢查應采用不大于45V的電壓。
6.1快速采樣計算機的濾波方法
電容傳感器要求用交流電流去檢測電容信號，交流電流由一個32kHz頻率的振蕩器產生。該電流通過傳感器中的測量電容耦合至變送器殼體。因為這種耦合方式，會使負載上可能出現一個交變干擾信號，其大小取決于所選擇的接地的方式（見圖4-6）。
在負載上出現的這個交流附加電壓是一種高頻噪音信號，對大多數儀表是沒有影響的，但是當計算機采樣周期較短時，如按圖4-6d的電路接線，則計算機會檢測到一個較大的噪音信號，為了濾除這一噪音信號，必須在負載兩端接一個1uF大電容或一個32kHz頻率的LC濾波器。計算機的連接和接地方法如圖4-6a圖4-6d所示時，噪音電壓的影響不明顯，所以不需加濾波器。
7.危險場所的安裝
危險場所必須使用防爆型變送器，防爆型變送器是變送器的變型產品，工作原理及基本結構與變送器相同。
防爆型變送器有本質安全型和隔爆型兩種。隔爆型和本質安全型儀表符合GB3836.1-2000《爆炸性環境用防爆電氣設備通用要求》的規定。
變送器隔爆型的殼體內部能夠承受發生爆炸壓力，內部發生爆炸并不引起外部規定的爆炸性混合物爆炸，其標志為ds符合GB3836.2-2000《爆炸性環境用防爆電氣設備隔爆型電氣設備“d”》的規定，防爆等級為Exds Ⅱ CT4。
變送器本安型：指電路系統在正常工作或規定的故障狀態下產生的點火花和熱效應均不能點燃規定的爆炸性混合物，其標志為ia符合GB3836.4-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備本質安全型“i”》的規定，防爆等級為Exia Ⅱ CT6。變送器與裝在控制室里的關聯設備安全柵配套使用組成本質安全型防爆系統。
隔爆結構
所有的防爆型變送器的電氣部件和線路板都置于防爆殼體之內（見圖4-7）。即使儀表因故障而產生火花內部爆炸現象，由于儀表殼體具有足夠的機械強度和隔爆性能，不但不會損壞隔爆外殼，而且也不能使殼體外的爆炸性混合物爆炸。
變送器隔爆型的結構按防爆標準進行嚴格的檢查和試驗，包括接線端子基體（耐弧塑料制成）、出線口采用防水引入裝置、電子殼體、蓋子、表頭、“O”形圈等。
變送器隔爆型電纜的引入采用防水引入裝置，另一側的耐壓密封螺紋用密封塞封死，變送器隔爆型在出廠之前，此隔爆殼體的耐壓密封螺紋處要經過密封水壓試驗，因此用戶不得自行拆卸，若拆卸重裝時需做耐壓密封試驗。
8.液位測量
用來測量液位的差壓變送器，實際上是測量液柱的靜壓力。這個壓力由液位的高低和液體比重所決定，其大小等于取壓口上方的液面高度乘以液體的比重，而與容器的體積或形狀無關。
8.1液位測量
8.1.1開口容器的液位測量
測量開口容器液位時，變送器裝在靠近容器的底部，以便測量其上方液面高度所對應的壓力。如圖4-8所示。容器液位的壓力，連接變送器的高壓側，而低壓側通大氣。如果被測液位變化范圍的液位，在變送器安裝處的上方，則變送器必須進行正遷移。
8.1.2密閉容器的液位測量
在密閉容器中，液體上面容器的壓力影響容器底部被測得壓力。因此，容器底部的壓力等于液面高度乘以液體的比重再加上密閉容器的壓力。
為了測得真正的液位，應從測得的容器底部壓力減去容器的壓力。為此，在容器的頂部開一個取壓口，并將它接到變送器的低壓側，這樣容器中的壓力就同時作用于變送器的高低壓側。結果所得到的差壓就正比于液面高度和液體的比重的乘積了。
1）干導壓連接
如果液體上面的氣體不冷凝，變送器低壓側的連接管就保持干的，這種情況稱為干導壓連接。決定變送器測量范圍的方法與開口容器液位的方法相同（見圖4-8）。
2）濕導壓連接
如果液體上面的氣體出現冷凝，變送器低壓側的導壓管里會漸漸地積存液體，就會引起測量的誤差。為了消除這種誤差，預先用某種液體灌充在變送器的低壓側導壓管中，這種情況稱為濕導壓連接。
3）雙法蘭連接
變送器高壓側法蘭安裝在密閉容器的下部，低壓側法蘭安裝在密閉容器的上部，法蘭對接，螺栓固定，密封圈一般為聚四氟乙烯墊片。
上述情況，使變送器的低壓側存在一個壓力，所以必須進行負遷移（見圖4-9）。
8.1.3用吹氣法測量液位
測量開口容器的液位，也可用“吹氣法”。此時，變送器安裝在開口容器的上方（見圖4-10）。整個裝置由氣源、穩壓閥、恒定流量計、變送器和插入容器下面的管子組成。因為通過管子的氣體的流速是恒定的，所以保持氣體恒定流動的壓力（即送入變送器的壓力）就等于管口處到液面-垂直距離乘以液體的比重。
本安壓力變送器維護
1.概述
變送器無可動機械部件，很少需要定期維護，其調整或改變測量范圍的步驟已在前面章節中作了敘述。
本節介紹傳感器組件的測試方法，整機拆卸和重新裝配的步驟和故障排除指南。
1.1傳感器組件的測試
傳感器組件有故障，不能再現場修理，只有更換。如果沒有發現諸如隔離膜片損壞或漏油那樣的現象，則必須更換傳感器組件。
2.拆卸步驟
2.1拆卸傳感器本體
1）在拆卸傳感器本體之前，要先把變送器從工藝管道上拆下來
2）擰下四個螺栓，便可取下正、負壓力容室；（注意小心不要劃傷或碰壞隔離膜片。）
3）清洗隔離膜片時要用軟布浸過中性清潔劑，然后用清水清洗；（注意不能用任何氯化物溶液或含酸的溶液清洗。）
4）為了安裝上的方便，接頭和正負壓力容室可以轉動或反裝。
5）重新裝配后需要進行溫度循環以保證其性能。重裝傳感器本體的步驟中包括這一步。
2.2電氣盒
1）擰下接線端子側的表蓋就可觸及信號端子（電源端子），它們牢牢固緊的電氣盒內。
2）擰下電路側的表蓋，就可以觸及電子部件和顯示表頭。應養成一種良好習慣，先斷開電源，再取下電路側的表蓋。
2.3傳感器組件與電氣盒的分離
1）拆下電子部件和表頭。
2）松開鎖緊螺釘。
3）小心地將傳感器引出線插針從電氣盒上的插座中拉出小心！不要損壞組件上的陰線，請要特別注意，在擰下傳感組件時，不要將組件的隔膜片碰壞。
4）傳感器是整體焊接部件，不能再分解了。
3.重裝步驟
3.1準備工作
1）檢查所有的密封“O”型圈，如有必要須更換“O”型圈。在這些“O”型圈上涂一層薄薄的硅脂，以保證其良好的密封性能。
2）檢查連接螺紋。由于隔爆要求，必須保證至少有5圈完好無傷的、能充分嚙合的螺紋。
3.2電氣盒與傳感器組件的連接
1）將傳感器組件引出線插座穿入電氣盒內。
2）在傳感器組件的連接螺紋上涂上密封劑，以保證牢固的水密封。
3）傳感器擰入電氣盒中時，要有5圈螺紋*嚙合，注意，不要損壞或絞緊傳感器的引出線。
4）為便于安裝，應注意傳感器組件高、低壓側的取向。
3.3電氣盒
1）檢查電路板，看它們是否清潔。
2）連接板上的插頭座必須保證清潔。
3）擰緊電子部件上兩顆緊固螺釘。
3.4流程傳感器本體
1）小心地把“O”型圈放在隔離膜片周圍
2）按所需取向放好壓力容室，并用手指擰緊四個螺栓
3）按以下步驟使壓力容室均衡地座落在傳感器殼體上
a.用手指擰緊所有螺栓
b.擰緊一個螺栓直到壓力容室落座
c.在對角的一對螺栓上施加力矩
d.在對螺栓上施加力矩
e.在另一對螺栓上施加力矩
f.檢查壓力容室座落在傳感器的情況，確定壓力容室沒有翹起
g.檢查四只螺栓是否牢固地擰緊到40 N·m
h.對測量代碼2、3的變送器，在校驗這前，要實施二個溫度循環，循環溫度應超過所要求的工作溫度范圍。
3.5現場指示表頭
先將液晶顯示模塊用螺釘連接正負極旋緊固定，此時液晶屏幕上有數字輸出表示連接正常，用戶可以根據需要用短路線和調整螺釘來設置小同型式的輸出。
3.6零部件的互換
有些機械零件，如壓力容室、接頭、電氣盒室、表蓋和安裝架，各儀表之間無論量程、校驗、輸出信號如何，都可通用互換。
4.故障檢修
在變送器故障情況下，下述步驟可幫助找出問題原因。同時可幫助決定是否需要拆下來修理。這些資料幫助診斷和修理三大基本故障癥狀，對每種癥狀，先處理最容易檢查的條件，如無法修理請同本廠服務中心聯系。
4.1輸出過大
可能的原因和解決的方法：
1）一次元件（如孔板等）檢查一次元件的范圍
2）導壓管
a.檢查導壓管是否泄漏或堵塞
b.檢查截止閥是否全開
c.檢查氣體導壓管內是否存有液體，液體導壓管是否有氣體
d.檢查變送器壓力容室內有無沉積物
e.檢查導壓管內液體、比重是否改變
3）變送器的電氣連接
a.保證接插件接觸處清潔和檢查傳感器連接情況
b.檢查電源電壓是否在12～45VDC范圍內
4）變送器的電路故障
a.用HART通訊器進入“Self Test”模式以判明電子部件的失效
b.更換有故障的電子部件
5）傳感器組件
參照本節傳感器組件的檢查
6）電源
檢查電源的輸出是否符合所需電壓值
4.2輸出過小或無輸出
可能的原因和解決的方法
1）一次元件
a.檢查元件的安裝及工作條件
b.檢查被測介質的特性是否變化，它可能影響輸出
2）接線回路
a.檢查加到變送器上的電壓是否正常
b.檢查回路是否短路或多點接地
c.檢查回路連接的正負極性
d.用HART通訊器進入“Loop Test”模式檢查回路阻抗是否符合要求
3）導壓管
a.檢查管道壓力連接是否正確
b.檢查導壓管是否泄露或堵塞
c.檢查充液導壓管中是否存在有氣體
d.檢查變送器的壓力容室中有無沉積物
e.檢查截止閥是否全開，平衡閥是否關嚴
f.檢查導壓管內液體的比重是否改變
4）變送器的電氣連接
a.檢查變送器傳感器組件的引出線是否短接
b.保證接插件接觸處清潔和檢查傳感器組件連接情況
5）31/2位LCD現場指示表接線端在無指示表或指示表故障時，是否用導線短接。
6）變送器的電路故障
a.用HART通訊器進入“Self Test”模式以判明電子部件的失效與否
b.更換有故障的電子部件
7）傳感器組件（參考本節中傳感器件檢查的內容）
4.3輸出不穩定
可能的原因和解決的方法
1）接線回路
a.檢查變送器是否有間歇性的短路，開路和多點接地的現象
b.檢查加到變送器的電壓是否合適
注意！切勿用高于45V電壓去檢查回路
2）被測液體波動（調整電路的阻尼作用）
3）導壓管
檢查充液導壓管內有無氣體和氣體導壓管內有無液體
4）變送器的電氣連接
a.檢查變送器回路是否有間歇性的短路或開路現象
b.保證接插件接觸處清潔和檢查傳感器組件連接地情況
5）變送器的電路故障
a.用HART通訊器進入“Self Test”模式以判明電子部件的失效
b.更換有故障的電子部件。
6）傳感器組件（參見本節中傳感器組件的檢查的內容）
4.4變送器無法通行
可能的原因和解決的方法
1）電源異常（檢查電源電壓是否符合要求）
2）負載電阻
3）檢查負載電阻是否符合要求（參見圖2-2負載特性圖），最小為250Ω 變送器電路故障（更換故障的電子部件）
