智能型变送器在化工中的应用

摘要:对化工常用的电容智能型变送器的结构特点、工作原理、安装调试以及故障处理等进行阐述，并结合化工实际应用操作情况,分析了电容智能型变送器的优劣,为化工一线的仪表人员提供借鉴。
电容式压力变送器是常应用的压力变送器，随着科学技术的发展，微电子技术、微处理器技术以及现场总线技术不断更新，以电容作为压力传感器的智能型压力/差压变送器出现并得到应用,这种变送器既符合现场总线协议,可靠性又得到极大提高，因而得到化工行业的青睐,在化工装置中已应用相当普遍。变送器将检测到的各种流体的差压或压力,转换为电流信号传输给仪表;调整功能可通过HHC(手持通信器)进行，即使在仪表室等远离变送器的场所也可容易地变更.各种设定(量程、阻尼时间常数、自检等);同时,通过带有本地调整功能的LCD单元可与HHC实现同步，大大提高了现场维护的可靠性和方便性。
1变送器结构及工作原理
1.1电容传感器结构图
　　从原理上讲，电容传感器依然采用电容来进行测量,但其结构与原来的电容传感元件有很大不同,用硅材料制成电容，最大特点是体积特别小(9mmx9mmX7mm，),故称电容传感器(结构如图1所示)。电容传感器是整体封装，周围被封液包裹,变送器采用了浮动膜盒结构,这样可以消除被测介质温度和静压对测量膜片的影响。
 
1.2新型浮动膜盒
　　新型浮动膜盒的结构(见图2)能保护传感器，使其在多种恶劣环境中工作，传感器工作的稳定性得到提高,方便了现场的设置操作。因此，相比传统电容传感器，其温度特性、静压特性、过压保护特性更优异。
 
1.3工作原理
　　感测,原理:硅材料膜片形成两个电容C1和C2.当传感器两端的压力PH.PL发生变化时，电容C1和C2也会相应发生变化,测量电容的变化量,并由此可计算出压力差。
　　变送原理:传感膜盒中存放着由线上计算机采集到的包括测量范围、输入输出特性、静压和温度特性、修正数据等在内的各种参数.变送器调试过程中仪表的各种参数则存放于电子单元中，这种双存储器结构使仪表具有良好的部件互换性，微处理器可以根据两个温度传感器测得的温度随时修正，减小温度变化产生的影响。
2电容智能型变送器特点
2.1传感器特点
　　传感器封装后仅有7mmx7mmx9mm,体积非常小;测量膜片采用单晶硅材料.其热膨胀系数仅有金属膜片的1/4,受环境温度变化的影响较小;材料的抗疲劳性能强,仪器可以长周期稳定运行;硅材料没有弹性滞后,因此仪器具有很好的线性特性,仪表的回差率可忽略不计，使用过程中也不需要调整零点。在最大测量范围内，硅膜片的最大位移量是其他移变送器的几十分之一，膜片的移动接近理论的平行板电容器,因而仪表的线性好、准确率高。传感器是在单晶硅片.上光刻出来的，其功耗低、响应快，便于集成并保证传感器的一致性。
2.2新型浮动膜盒特点
2.2.1温度特性优良.
　　因为将小型电容传感器从膜盒的下部移到，了放大器台内部,可使传感器远离过程介质，从而使传感器受过程介质温度变化的影响减小。传感器内部安装了温度传感元件,对温度比较敏感,变送器的微处理器可随时修正温度变化产生的影响，所以仪表的温度特性很好。
2.2.2静压影响小
　　传感器与过程介质和外部环境没有直接接触,改善了传感器的受力状况。膜盒四周设有基座，如果受到很高的过程压力，基座会因受到轴向力的作用而产生径向变形;电容传感器被封液所包围，而传感器受力是通过封液来传递，因而它受到的是周边不同方向的均匀压力,不会产生变形，因此仪表的静压影响极小。
2.2.3可靠的单向过压保护
　　膜盒中间的过压保护膜片在仪表正常工作时，不会因测量压力的作用产生位移或者发生弯曲。过压保护膜片的移动压力为最大测量值的3倍。当变送器承受单向压力过大时，过压保护膜片会发生弹性变形,抑制封液压力的继续上升,对传感器的测量膜片(硅膜片)不会产生影响，起到了单向过压保护作用。当单向压力消失时,由于材料的弹性特性，测量膜片和过压保护膜片可迅速恢复到初始位置。这使得安装变送器时，可以将过程压力直接引入变送器的测量室,而且不需要安装附加的组合阀门。
2.2.4结构紧凑、体积小
　　因为小型电容传感器是设置在放大器内，膜盒结构简单紧凑,体积也相对减小不少,现场使用操作也更加方便。
3维修、检查和故障处理.
　　装置中电容智能型变送器配置数量很多,由于涉及多种化工产品，电容智能型变送器使用中出现问题的频次较高，例如在己二酸工艺中储存罐使用的温度传感器，检测到的温度变化后输出电流曾出现超量程现象，变送器的微处理器修正温度也产生误差，以往处理排除此类故障需要从传感器源头排查,排除故障非常耗时，维修效率低，严重时会导致停车。通过不断地总结和探究，现在当电容智能型变送器使用中出现故障时，检修工作人员很快就能查出故障原因，并准确、及时地进行维修。
3.1维修、检查
　　为了保持变送器的准确率和寿命，需根据运行状况进行定期检查(1次/年)。
　　包括:检查变送器各部分是否有损坏、腐蚀等现象;传输部罩壳、段子部罩盖、0形圈是否损坏或出现老化;流体是否泄漏;去除变送器内和导压管内积液等。
3.2电容智能变送器常见故障及其处理方法
3.2.1输出电流出现超量程
　　造成这种现象的原因可能有如下几种:歧管阀的开闭状态不正确;有泄漏造成降压;导压配管连接方法不正确;导压管内阻塞;放大部的外部连接端子部电压失准等。在工作中，要及时检查，逐项排除，有问题及时解决，使阀门及时恢复正常，堵漏、修正连接管、排除堵塞或更换元器件等。
3.2.2无输出电流
　　主要原因可能为:歧管阀的开闭状态不正确;导压配管连接方法不正确;有压力泄漏;导压管内阻塞;电源极性错误;外部连接端子部电压错误。出现上述问题时，要及时调整、修正，检查配线电缆绝缘.情况，并进行适当处理。
3.2.3输出电流误差大
　　主要原因可能为:导压配管连接方法不正确;变送器内混入气体或液体;介质密度发生变化;环境温度变化较大;电子部不良等。出现上述问题时，要及时修正，进行排气、排液;密度不对时,要及时修正，重新调整，加强控制，减少温度变化;电子部件出现问题时，要及时更换。
4结束语
　　通过对电容变送器的特性进行分析，结合变送器在化工应用情况，针对电容变送器出现常见故障，根据长期从事化工装置的实际维检工作经验.提出了维修处置措施,为从事化工仪表操作的人员借鉴。随着化工行业的产业调整和技术升级,电容智能变送器在化工应用范围将会越来越大。