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孟祥斌

隨著現代化企業技術不斷更新，一些新型儀表相繼問世，在測量流量的差壓變送器中，美國SMAR公司LD301智能差壓變送器在石化行業應用比較廣泛，雖然它有許多優點，但是其零點漂移的問題，一直困擾著使用者，定期的回零檢查不但費力，而且不能從根本上解決問題。本文將介紹其性能原理，及筆者在生產實踐中找到的，徹底解決LD301變送器零點漂移的方法。
1  LD301變送器的性能原理
(1)  結構
LD301智能變送器由敏感部件、硬件和軟件三部分組成。
(2)  性能原理
①  敏感部件工作原理
LD301變送器采用電容傳感器（電容室）作為壓力敏感元件，如圖1所示，其中P1、P2為壓力且P1≥P2，CH為P1側固定極板和敏感膜片之間的電容，CL為P2側固定極板和敏感膜片之間的電容，d為CH和CL固定極板間距離，Δd為P1~P2引起的的敏感膜片的偏移，ΔP為差壓。
二塊平行板組成電容器，其電容值可以用板面積(A)和板間距離d的函數關系表示為：C=εA/d。ε為介電常數。
假定CH和CL是面積相等的平行板電容。那么CH=εA/[（d/2）+Δd ]，CL=εA/[（d/2）-Δd]。如果加在電容室上的差壓（ΔP）使敏感膜片的偏移不超過d/4，那么可以認為ΔP正比于Δd即ΔP∝Δd，（CL-CH）/（CL=CH）=2Δd/d；如果固定板CH和CL間距離d是常數，那么（CL-CH）/（CL=CH）正比于Δd，因而就正比于要測量的差壓。電容室是由兩個電容組成的壓力敏感部件，它的電容值隨所加壓差而變化。 

圖1  電容傳感器（電容室）示意圖

②  硬件工作原理
硬件組件是由膜盒組件和主電路板兩部分組成。
振蕩器產生一個供電容膜盒使用的交流頻率，經過信號隔離，通過壓變輸到CPU，CPU是變送器智能核心，它控制整個變送器的線性化和通迅。運行程序存儲于PROM，運算數據存于RAM，而一些數據存放在EEPROM。例如標定數據組態等內容。微功耗液晶顯示從CPU接收數據顯示。此外兩個干簧管安裝在電子線路板上，而外殼有二個盲孔。置入磁性工具，干簧管接通，分別發出調零信號（4mA）與滿量程信號（20mA）。
③  軟件工作原理
在LD301硬件基礎上，SMAR開發軟件具有豐富性能。主要包括：數字濾波、工廠標定、用戶標定、壓力整定、量程調整、輸出功能選擇、控制功能整定、輸出顯示、電流整定等多種功能。而變送器是否參與調節視控制要求而定。
2  變送器準確計量的前提和基礎
變送器的結構及性能原理都決定變送器在使用過程中要克服外界因素影響和正確安裝，只有這樣變送器才能準確計量。
(1)  克服環境因素影響
環境因素是影響變送器準確度的一個難于控制的條件，但可以通過一些途徑減少溫度、濕度和振動的影響。
①  LD301內裝一個溫度敏感元件，出廠前在變送器作溫度試驗時把溫度的影響已存在變送器存儲器中，這樣現場溫度變化影響被大大減少。但對環境溫度劇烈變化的地方應有保護措施，在比較熱的環境中，變送器安裝不能直接曝露在陽光下，不能靠近高溫和容器處安裝，測高溫介質的取壓口和變送器之間必須采用較長的導壓管。
②  濕度對電子電路非常有害，在相對濕度很高區域，應采取嚴格的密封來盡量減少濕度的影響。
③  雖然變送器實際上對振動是不敏感的，但安裝時也要盡量避免靠近泵、渦輪機和其它振動裝置。
(2)  變送器的正確安裝
變送器安裝相對于取壓口位置是有嚴格規定的，只有正確安裝才能夠保證準確的測量，參見表1。

3  LD301變送器零點漂移的解決辦法
在正確標定和安裝后，LD301變送器便可正常投入使用，日常工作中，使用者對LD301調整4mA相應壓力值的常用方法有三種：
①  只用HHT編程器，不用參考標準壓力。
②  用HHT編程器和標準壓力表。
③  用變送器上零點和滿度的本地調節孔和標準壓力值。
而這三種方法都不能從根本上解決LD301變送器零點漂移問題。
正確的操作應是，用HHT編程器進入TRIM整定功能。首先選擇壓力整定PRESSURE TIRM，由于每個傳感器在規定壓力和傳感器輸出信號之間都有一特定的曲線關系，該曲線適用于各自的傳感器，并存入傳感器電路的存貯器中。當傳感器與變送器連接時，其存儲器中的內容與微機接通，微機使傳感器信號與測量壓力相對應。PRESSURE TRIM功能使變送器與給定壓力相匹配。
零點漂移可由ZERO PRESSURE TRIM進行修正，用光標選擇TRIM和PRESSURE顯示為：

使變送器的兩個容室中的壓力相等（零差壓）待壓力穩定后按（EXE）顯示為：

如果顯示PV等于或非常接近于0，則按（Y）鍵，否則按（N）鍵。電路將根據零點與讀數之差，修改整條特性曲線，直到讀數等于0按（Y）鍵。
在零點整定后，為了獲得更高精度的數字讀數，需進一步對UPPER PRESSORE TRIM進行整定。用標準儀器給定期望上限值，用光標選擇PRESSURE TRIM顯示為：

按EXE顯示為：

如果壓力值非常接近給定壓力則按（Y），否則按（N）則顯示為：

假定給定值為20kPa，則鍵入20KPa并按EXE，

按（Y）則整條特性曲線修正完畢。
之后再用標準壓力輸入25%、50%范圍，看輸出線性誤差是否很大。如果很大則選精密壓力表對此變送器進行非線性調整。
選擇TIRM和PRESSURE顯示：

用光標選擇charcteriz-Trim按（EXE）則顯示為：

按（Y）改變，按（N）返回上一級菜單，按Y顯示為：

如果變送器接到一個高精度壓力標準上按（Y），否則按（N）返回前一菜單，如果已經按Y則顯示為：

P1、P2、P3、P4、P5為線性修正點所供壓力值，假設工作范圍為0~40KPa，則各點選為P1=0KPa，P2=10KPa，P3=20KPa，P4=30KPa，P5=40KPa。按對應標準壓力調P1~P5。準確到給定值，則線性調整完畢。
上述操作完成后進行電流鎖定選擇TRIM功能將顯示：

選擇光標至CURRENT按EXE顯示為：

選擇4mA按EXE則顯示為：

稍后顯示為：

如果此時電流讀數為4mA則按Y，如果不是4mA，例如是4.08mA則按（N）顯示為：

此時鍵入4.08mA，然后按EXE，電流讀數正確與否，顯示屏上都重復上述問題。將讀數做出正確回答，直到讀數4mA為止。用同樣方法將20mA電流調整完畢，此時電流零點已被鎖定。
綜上所述LD301差壓變送器的零點漂移已經消除，零點鎖定已經完成，變送器的性能將會十分穩定。因為ZERO PRESSURE TRIM功能校正了，由安裝或長時間漂移的原因產生的零漂，使特性曲線移至適當位置。UPPER PRESSORE功能對上限壓力讀數進行校正，使儀表獲得更高精度的讀數。因此整條特性曲線將由這兩個功能，分別補償傳感器機械增益（如過壓）等各種原因引起的任何小誤差，儀表穩定性和精確度大大增強。
4  實際應用情況
通過上述方法，2002年5月，筆者成功標定了大慶石化公司水氣廠脫鹽水站10臺LD301差壓變送器。至今檢查零點線性十分穩定，沒有漂移現象。此外2003年5月在標定一循環水場4.0MPa蒸汽流量工作中，作者也采用了此方法。結果將原來零點漂移由（-1.3KPa~28.6KPa）遷回到標準(0~29.4KPa)，每小時比標定前減少3噸多蒸汽量,得到生產車間的認可。按50元/噸計算，每年可為水氣廠節約140多萬元蒸汽消耗費用。為水氣廠節能降耗做出了一定貢獻。此外LD301變送器各部件之間是相互連接的，一個部件壞了，只要修復或更換，不會影響其他部件的使用。因此維護使用起來方便，也利于節省儀表更新費用。