试验室差压变送器计量检定中的问题研究

摘要:随着科研生产中差压变送器精度等级越来越高,量程范围越来越小，现行JJG882-2004《压力变送器检定规程》已不能很好地解决差压变送器计量与使用中量值传递的相关问题,对差压变送器小量程范围感压口余液影响、压力真空量程范围测量影响两个问题进行了试验研究。试验结果显示,如果不能剔除因差压变送器小量程范围感压口余液影响引人的误差,将会对测量结果产生较大的测量不确定度,尤其对于高精度差压变送器影响更为明显,造成测量误差超出最大允许误差;差压变送器压力真空量程范围影响同样是一-个需要明确认识的测量问题,正确使用和计量是保证压力真空量程范围差压变送器输出量值正确的途径。为使差压变送器更好地配合实际科研生产,保证其量值传递正确可靠,有必要对差压变送器的计量和使用制定更明确的规程规范,以对其进行指导。
0引言
       差压变送器的计量和使用存在较多问题，尤其是测量范围越小的差压变送器,问题越明显，如不在零位、零位回程误差超差、如何测量压力真空范围等。现行的JIG882-2004《压力变送器检定规程》(以下简称《规程》)中也没有涉及这些问题1-4]。本文以使用广泛的二线制差压变送器为例,对感压口余液影响、压力真空范围测量影响两个问题进行分析研究。
1差压变送器原理
       二线制差压变送器通常主要由感压单元、信号处理与转换单元以及显示单元(有些变送器不包含)组成[5-7]),其结构如图1所示。通常在使用、计量过程中,其供电电压默认为24VDC(铭牌显示供电电压一般包含有24VDC直流电压),其输出信号为420mA。

       在使用或计量过程中，变送器的信号输出连接方式如图2所示。在计量过程中,有时会用过程仪表校验器替代电源、直流电流表部分。

       在使用或计量过程中,差压变送器输人连接如图3所示。

       在计量过程中，往往会将压力控制系统1选择直接通大气。而在使用过程中只有压力控制系统1、压力控制系统2,没有压力源部分。
2差压变送器计量
       根据《规程》要求,逐项完成计量检定,在规定的环境条件下完成外观、密封性、绝缘电阻、绝缘强度、基本误差、回程误差、静压影响[10]等计量检定项目”，,密封性和绝缘强度可仅在首次检定中进行。静压影响也在首次检定中进行，后续检定在必要时应进行检定。
这里仅对计量过程中的几个容易出现的问题进行介绍。
①检定点的选择。检定点应按量程基本均匀分.布,一般应包含上限值、下限值(或其附近输人量程10%以内),不少于5个点;精度等级优于0.1级的变送器,检定点应不少于9个点。
②每个检定的理论输出值A的表达式为:

式中:Pi为第i个检定点的压力值;P。为下限点的压力值;Pmax为上限点的压力值。
由式(1)可知,当量程已知，每个检定点的理论输出值都可计算。
3测量结果影响因素研究
3.1感压口余液影响
       差压变送器计量时,发现零位误差较大,其他测量点的数据都没有问题。仔细观察后，发现有一个压力端口内(感压单元)或两个压力端口内存在液体，主要原因是此差压变送器用于液体介质测量,感压单元上附着有数量不等的液体,且此差压变送器的量程较小。
       为了避免因这种现象的误导而引人测量不确定度、造成变送器零位示值超差,需要在计量检定前通过使用挥发性强的清洗液清洗两个端口，静置一段时间再次测量零点。
当检定介质为液体时,变送器计量检定过程中,某差压变送器的测量数据如表1所示。
       测量结果的第一次上行程零点值与第一次下行程零点输出值之间的回程误差较大,且第一次下行程零点值与第二次上行程、下行程零点输出值较为接近,但其他检定点的输出值都比较接近。
       这种情况的发生主要是由于第一次测量与第二次测量为连续测量,变送器L端通大气,H端与压力源连接,压力源的介质为液体造成的。L端通大气作为差压变送器的零位,H端与压力源连接,当压力源卸压到零点时，在H端感压单元上还附着有部分液体，所以H端的压力不是通大气所得到与L端相同的零点,且此差压变送器的测量范围较小造成了这-现象。这有可能会误导对此变送器的最终检定结果。

       为了避免因这种现象的误导而造成的此变送器零位示值超差或来回差超差的结论。通过使用挥发性强的清洗液清洗H端后,静置一段时间，再次测量零点的方法解决。得到正确的下行程零点值,对此变送器的检定结果作出正确判定。
       同样的问题也在实际科研生产中发生,有些差压变送器被用作普通变送器来测管道内液体的压力(L端通大气,H端接管道测压口)。当管道内压力为零时,变送器显示不为零,所以就造成--些误读,如管道内未完全卸压、差压变送器损坏、再读数时修正减去零位的示值为最终的读数等。
3.2压力真空范围测量影响
       计量工作人员比较熟悉(-100~100)kPa量程的压力计量器具，送检中此类器具的测量范围一般为.(-90~100)kPa。计量工作人员对(-200~200)kPa量程的压力计量器具也不会陌生，此量程范围在表压和绝压层面是不存在的，但是在差压领域却是一一个存在的量程范围。此量程范围差压计量器具的计量也颠覆了之前约定俗称的差压变送器的计量理念,而关于这一方面的内容在《规程》中没有明确的要求。
       对于(-100~100)kPa量程,第一种计量方案是，L端通大气，在H端加压力源(带真空泵),测量范围为(-90~100)kPa。然后以此测量数据作为判定检定结果的主要测量数据依据。
       对于(-100~100)kPa量程第二种计量方案是,L端通大气,在H端加压力源(0~100)kPa,测量范围(0~100)kPa;再H端通大气,在L端加压力源(0~100)kPa,测量范围(-100~0)kPa,两部分数据相结合,得到(-100~100)kPa量程范围的测量值,以此测量数据作为判定检定结果的主要测量数据依据。
       理论上，对于同一个被测样本差压变送器来说,L端通大气，,在H端加压力源(-90~90)kPa;与H端通大气,在L端加压力源(-90~90)kPa的输出应该是一一对应、基本重合的,但实际测量中却不尽相同。节选测量数据分别如表2、表3所示。
        表2为L端通大气,在H端加压力源的测量数据。表3为H端通大气,在L端加压力源的测量数据。此测量数据为日常计量中在同一环境条件下，使用同一标准器，对同一差压变送器样本(0.075级)的测量数据(数据节选)。


       这样的测量数据在差压变送器的日常计量工作中经常出现。按照第-种计量方案得到的结论是此样本符合0.075级,判定结果为合格;按照第二种计量方案得到的结论是此样本不符合0.075级,但符合0.1级，判定结果降为0.1级使用;综合上述数据得到第三种结论,即此样本不符合0.075级,但符合0.2级,判定结果降为0.2级使用。考虑到差压变送器在使用过程中,以上每种情况都有可能发生，所以第三种结论为较正确的计量结论。
       因此在差压变送器的压力真空量程计量检定过程中，应分别在L端和H端进行可实现的量程范围内的数据测量,二者数据作为判定最终结论的主要数据依据。如(-200~200)kPa差压变送器,需在L端通大气,H端加压力源测量范围(-90~200)kPa;在H端通大气，L端加压力源测量范围(-90~200)kPa。这样才能得到完整的测量数据,以及相对正确和有效的计量检定结果判定依据。
4结束语
       由于差压变送器的计量和使用过程中存在小测量范围感压口余压影响、压力真空量程范围影响的问题，现有《规程》中没有明确规定,对现在的计量和使用中都存在一些误导。所以有必要对差压变送器单独设立检定规程或规范，对感压口余压影响和压力真空量程范围测量影响进行专门规定,保证差压变送器计量量值传递正确可靠,为科研生产保驾护航。