一、引言

某核電站 ARE 使用量程為 0~1300mbar 的差壓變送器配合孔板來(lái)測(cè)量管道內(nèi)的主給水流量，要求差壓測(cè)量誤差不大于 0.1%。四臺(tái)機(jī)組在 2008 年以前在該測(cè)點(diǎn)配置某型差壓變送器，在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該型號(hào)差壓變送器的穩(wěn)定性較差，校驗(yàn)后投入工作不久準(zhǔn)確度就下降至合格范圍的邊緣，不得不把校驗(yàn)頻率提高到 3 個(gè)月一次，比廠家推薦 12 個(gè)月一次的校驗(yàn)頻率高 4 倍。為了徹底查清變送器頻繁超差的原因，解決這一困擾電站多年的疑難問(wèn)題，選取六臺(tái)同型號(hào)的差壓變送器，追溯歷史校驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)模擬試驗(yàn)，測(cè)試了投運(yùn)操作方式、安裝傾斜角度、環(huán)境溫度、管道過(guò)程靜態(tài)壓力等多方面因素對(duì)變送器的影響。

 

二、歷年來(lái)校驗(yàn)的情況

選取 6 臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)使用的該型號(hào)差壓變送器，查閱歷史校驗(yàn)記錄，將每臺(tái)變送器零位輸出值的變化情況整理如圖 1、圖 2。由圖 1、圖 2 可以看出：

（1）變送器的變化情況確實(shí)復(fù)雜，難于找到影響因素和規(guī)律。

（2）大部分的變送器是在小范圍內(nèi)超差，個(gè)別變送器是大范圍超差，數(shù)值起伏十分明顯。

（3）最大誤差的變化曲線形狀與零位變化曲線形狀大體吻合，零位以上各點(diǎn)的變化情況與零點(diǎn)變化情況相似，說(shuō)明變送器的線性良好。

（4）變送器在實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)完畢后合格，由工作人員手持至現(xiàn)場(chǎng)，安裝投運(yùn)過(guò)程均符合工作程序要求，因此可以排除這一過(guò)程對(duì)變送器的影響。

 

三、安裝傾斜角度對(duì)變送器的影響

安裝傾斜角度是指變送器在安裝到現(xiàn)場(chǎng)之后，變送器中軸線與鉛垂線之間的夾角。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品選型說(shuō)明，由安裝位置影響零點(diǎn)最多漂移±0.31kPa，換算至該量程，零點(diǎn)電流輸出最多漂移±0.0382mA。由圖 3 可以看出：

（1）安裝傾斜角度對(duì)變送器零位影響較大， 傾斜超過(guò) 10°零位變化就已達(dá)到顯著水平（0.0074mA）；

（2）如果安裝傾斜角度達(dá)到 90°，零位降低了 0.0352mA，已達(dá)到不可接受的水平，但仍在廠家標(biāo)稱范圍內(nèi)，而且可以在現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢后使用 HART375 手操器修正掉；

（3）變送器實(shí)際安裝于現(xiàn)場(chǎng)時(shí)是垂直向上的，不存在可以覺(jué)察的傾斜，因此可以排除這一因素對(duì)變送器的影響。

 

四、環(huán)境溫度對(duì)變送器的影響

根據(jù)該產(chǎn)品的選型說(shuō)明，變送器在-40℃~85℃范圍內(nèi)可以工作。在量程比小于 1:5 的情況下，每變化 28℃，變 送 器 產(chǎn) 生 的 變 化 不 超 過(guò) ±

（0.0125%URL+0.0625%F.S.），換算到 該 型 號(hào) 就 是 ±0.11225kPa （ 或±0.0138mA）。實(shí)際試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將變送器放置在 50℃左右的環(huán)境 2 小時(shí)后，零位會(huì)比 22℃左右的環(huán)境下高0.0030mA 左右，變化不明顯，沒(méi)超出廠家標(biāo)稱的范圍。夏季現(xiàn)場(chǎng)溫度不超過(guò) 50℃，因此這一因素對(duì)變送器的影響是可以接受的。

 

五、靜態(tài)壓力對(duì)變送器的影響

靜態(tài)壓力是指管道內(nèi)的流體在不流動(dòng)時(shí)就具有的壓力，流體流動(dòng)起來(lái)后，就會(huì)在孔板的兩側(cè)形成差壓，這一差壓是累加在靜態(tài)壓力上的。根據(jù)產(chǎn)品選型說(shuō)明，由 137bar以下靜態(tài)壓力引入的零點(diǎn)誤差為±0.05%URL，換算至該型號(hào)變送器，為±0.124kPa(或±0.01526mA)，可以標(biāo)定消除。設(shè)計(jì)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證該型號(hào)變送器在這一方面的性能，試驗(yàn)過(guò)程如下：

 

1、首先常規(guī)檢定一次，記錄上行程和下行程的零位值；

2、將高、低壓側(cè)引壓口用耐壓軟管連通，緩慢加壓，模擬 ARE 系統(tǒng)管道內(nèi)的 70bar 靜壓，其間記錄靜壓達(dá)到 30bar、50bar、70bar 時(shí)的零位值；

3、保壓 24h，模擬變送器在該系統(tǒng)上長(zhǎng)期工作，以得到靜壓對(duì)變送器長(zhǎng)期影響后的效果；

4、記錄泄壓前的零位值，泄壓，記錄泄壓后 120min 內(nèi)零位值，模擬變送器從現(xiàn)場(chǎng)停運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)前的一段過(guò)程；

5、再次常規(guī)檢定一次，記錄上行程和下行程的零位值；

6、70bar 靜壓與 0bar 靜壓循環(huán)加載，模擬反復(fù)投運(yùn)停運(yùn)對(duì)變送器的影響；

 

圖 4 選取了一條典型的變送器實(shí)際曲線（▲）和平均曲線（×）來(lái)體現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果。具體數(shù)據(jù)參見(jiàn)表 1。

 

通過(guò)以上靜態(tài)壓力，可以得出以下結(jié)論：

1、正常檢定（高壓側(cè)單側(cè)受壓 1300mbar）可使零位提高，平均提高 0.004769mA；

2、靜壓從 0bar 加至 70bar 的過(guò)程使零位連續(xù)降低，平均降幅達(dá) 0.01018mA，較為顯著，但仍在廠家的標(biāo)稱范圍

0.01526mA 內(nèi)；

3、靜壓從 70bar 突降至 0bar 的過(guò)程零位回升，平均升幅0.0024mA ， 明 顯 小 于 降 幅 ， 即 受 壓 后 的 零 點(diǎn) 降 低 了0.0076mA；

4、靜壓突降后，30min 內(nèi)零位可穩(wěn)定下來(lái)，直至 4h 后，均無(wú)明顯變化；

5、靜壓循環(huán)沖擊試驗(yàn)中，零位值隨壓力沖擊而震蕩；3個(gè)循環(huán)后，有 3 臺(tái)還能保持震蕩，5 臺(tái)的零位已不能再隨壓力保持震蕩，而改為持續(xù)下跌了。

6、大多數(shù)變送器的零位在靜壓增加后會(huì)下降，個(gè)別變送器會(huì)上升，這就拉平了靜壓循環(huán)沖擊試驗(yàn)中零位值的震蕩幅度，而不如典型值那么明顯了。

 

六、管道內(nèi)液體溫度對(duì)變送器的影響

通過(guò)靜壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有個(gè)別變送器的性能比較差，加70bar 靜壓后零位值下降幅度很大，超出廠家標(biāo)稱的范圍。為了解釋這個(gè)現(xiàn)象，挑選了一臺(tái)表現(xiàn)最差的變送器，拆下它的共面法蘭后發(fā)現(xiàn)其低壓側(cè)膜片有受過(guò)高溫而發(fā)藍(lán)發(fā)黑的痕跡（見(jiàn)圖 5），可能是感壓膜盒內(nèi)填充的硅油部分氣化，導(dǎo)致靜壓影響指標(biāo)超差。根據(jù)產(chǎn)品選型說(shuō)明，本型號(hào)、充硅油、配共面法蘭的變送器的過(guò)程溫度極限是-40℃~121℃

 

該系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，管道內(nèi)的壓力為 70bar，水溫約為220℃，仍為液態(tài)不飽和水。差壓變送器通過(guò) 1m 多長(zhǎng)的引壓管連接在系統(tǒng)上。雖然平時(shí)引壓管中是常溫水，但在變送器校驗(yàn)完畢、安裝就位后投運(yùn)前，引壓管排污時(shí)會(huì)使高壓高溫水接觸到膜盒，造成高溫沖擊，使膜盒內(nèi)的硅油部分汽化，降低了變送器的性能。

 

但觀察其他超差的變送器，未發(fā)現(xiàn)同樣現(xiàn)象，那么，這臺(tái)變送器可視為受到非正常熱沖擊的個(gè)案，不是該型號(hào)變送器頻繁超差的根本原因。

 

七、提高差壓變送器測(cè)量精度的措施

1、針對(duì)安裝傾斜角度對(duì)變送器的影響：

如果在安裝完畢后發(fā)現(xiàn)零位值變壞，可以在引壓投運(yùn)前，用 HART375 手操器對(duì)變送器進(jìn)行 ZERO TRIM，改善其零位值。

 

2、針對(duì)靜態(tài)壓力對(duì)變送器的影響：

如果使用的變送器需要進(jìn)行靜壓修正，則必須在使用前按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行靜壓補(bǔ)償，將變送器的性能最優(yōu)化；

如果使用的變送器不需要進(jìn)行靜壓修正，在引壓后、平衡閥關(guān)閉前，發(fā)現(xiàn)零位值變壞，可以使用 HART375 手操器對(duì)變送器進(jìn)行 ZERO TRIM，改善其零位值。

 

3、針對(duì)管道內(nèi)高溫流體對(duì)變送器的影響：

在蒸汽或者其他高溫測(cè)量應(yīng)用中，對(duì)于充硅油的變送器共面法蘭處的溫度不得超過(guò) 121℃，對(duì)于惰性液材料的變送器共面法蘭處的溫度不得超過(guò) 85℃。如果流體的實(shí)際溫度高于這個(gè)值，就要時(shí)刻確保引壓管內(nèi)充滿冷卻水，防止高溫流體與變送器膜片直接接觸，如果不能做到，就要考慮引壓管的改造了。

 

八、差壓變送器頻繁超差的原因

理論參考精度是指變送器在特定的參考條件下（環(huán)境溫度 20℃、靜壓 0bar、不考慮長(zhǎng)期穩(wěn)定性）的相對(duì)示值誤差，實(shí)際工作性能是指變送器在實(shí)際工作條件下（環(huán)境溫度約40℃、靜壓約 70bar、穩(wěn)定性要求 1 年）的相對(duì)示值誤差，差壓變送器在 ARE 系統(tǒng)上的實(shí)際工作條件遠(yuǎn)比參考條件惡劣。原產(chǎn)品生產(chǎn)廠家指出，該型差壓變送器的理論參考精度是0.075%，實(shí)際工作性能是 0.15%。

 

因此，受本文所述各種因素的綜合影響，該型差壓變送器的實(shí)際工作性能是達(dá)不到 0.1 級(jí)的，若將理論參考精度與實(shí)際工作性能這兩個(gè)概念混淆，則會(huì)誤將實(shí)際工作性超出理論參考精度理解為變送器超差。也就是說(shuō)，本型號(hào)變送器不滿足本測(cè)點(diǎn)的測(cè)量精度要求，若要達(dá)到 0.1%的測(cè)量精度要求，需要選用實(shí)際工作性能更優(yōu)的變送器。

 

九、解決方案

2007 年，該變送器生產(chǎn)廠家又推出改進(jìn)型產(chǎn)品，它在膜盒的設(shè)計(jì)和材料上有了新的突破，采用新的專利技術(shù)使差壓變送器的性能有了大幅提升，價(jià)格也隨之大幅提升。實(shí)驗(yàn)證明：普通型和超級(jí)型的理論參考精度均可達(dá)到優(yōu)于 0.1 級(jí)的水平（超級(jí)型比普通型又有提升）；超級(jí)型的回程誤差有了明顯改善（減小到普通型的 20%左右）；超級(jí)型在靜壓影響方面有了突飛猛進(jìn)的改善（減小到普通型的 5%左右），幾乎不受靜壓影響；超級(jí)型在安裝角度影響方面有了一些改善（減小到普通型的 50%左右），但仍然是最明顯的影響因素。

 

2008 年 4 月以后，作為機(jī)組熱功率測(cè)量的流量基準(zhǔn)，四臺(tái)機(jī)組該流量測(cè)點(diǎn)的差壓變送器經(jīng)過(guò)重新選型，開(kāi)頭所述問(wèn)題得到徹底解決。

 

十、結(jié)論

隨著儀器儀表技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器儀表的更新?lián)Q代和性能提高將越來(lái)越快，價(jià)格也翻倍提高。在工程建設(shè)、設(shè)備改造等進(jìn)行儀器儀表選型時(shí)，須把握的原則是“不求最精、最好、最貴，只求最合適”。首先明確測(cè)量要求（測(cè)量范圍、精度要求、響應(yīng)速度要求、所處環(huán)境等），然后在現(xiàn)有各種型號(hào)的儀器儀表中選出能夠滿足測(cè)量要求的型號(hào)，最后選擇性價(jià)比最佳的產(chǎn)品。