摘 要: 隨著科研生產(chǎn)中差壓變送器準(zhǔn)確度等級(jí)越來越高，量程范圍越來越小，現(xiàn)行 JJG 882 －2004《壓力變送器檢定規(guī)程》已不能很好地解決差壓變送器計(jì)量與使用中量值傳遞的相關(guān)問題，對(duì)差壓變送器小量程范圍感壓口余液影響、壓力真空量程范圍測量影響兩個(gè)問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果顯示，如果不能剔除因差壓變送器小量程范圍感壓口余液影響引入的誤差，將會(huì)對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生較大的測量不確定度，尤其對(duì)于高精度差壓變送器影響更為明顯，造成測量誤差超出最大允許誤差;差壓變送器壓力真空量程范圍影響同樣是一個(gè)需要明確認(rèn)識(shí)的測量問題，正確使用和計(jì)量是保證壓力真空量程范圍差壓變送器輸出量值準(zhǔn)確的唯一途徑。為使差壓變送器更好地配合實(shí)際科研生產(chǎn)，保證其量值傳遞準(zhǔn)確可靠，有必要對(duì)差壓變送器的計(jì)量和使用制定更明確的規(guī)程規(guī)范，以對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)。
0 引言
差壓變送器的計(jì)量和使用存在較多問題，尤其是測量范圍越小的差壓變送器，問題越明顯，如不在零位、零位回程誤差超差、如何測量壓力真空范圍等。現(xiàn)行的 JJG 882 － 2004《壓力變送器檢定規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)中也沒有涉及這些問題。本文以使用廣泛的二線制差壓變送器為例，對(duì)感壓口余液影響、壓力真空范圍測量影響兩個(gè)問題進(jìn)行分析研究。
1 差壓變送器原理
二線制差壓變送器通常主要由感壓單元、信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元以及顯示單元(有些變送器不包含)組成，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。通常在使用、計(jì)量過程中，其供電電壓默認(rèn)為 24 VDC(銘牌顯示供電電壓一般包含有 24 VDC 直流電壓)，其輸出信號(hào)為 4 ～20 mA。
在使用或計(jì)量過程中，變送器的信號(hào)輸出連接方式如圖 2 所示。在計(jì)量過程中，有時(shí)會(huì)用過程儀表校驗(yàn)器替代電源、直流電流表部分。
在使用或計(jì)量過程中，差壓變送器輸入連接如圖 3 所示。
在計(jì)量過程中，往往會(huì)將壓力控制系統(tǒng) 1 選擇直接通大氣。而在使用過程中只有壓力控制系統(tǒng) 1、壓力控制系統(tǒng) 2，沒有壓力源部分。
2 差壓變送器計(jì)量
根據(jù)《規(guī)程》要求，逐項(xiàng)完成計(jì)量檢定，在規(guī)定的環(huán)境條件下完成外觀、密封性、絕緣電阻、絕緣強(qiáng)度、基本誤差、回程 誤差、靜 壓 影響等 計(jì) 量檢 定 項(xiàng)目，密封性和絕緣強(qiáng)度可僅在首次檢定中進(jìn)行。靜壓影響也在首次檢定中進(jìn)行，后續(xù)檢定在必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行檢定。
這里僅對(duì)計(jì)量過程中的幾個(gè)容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行介紹。
①檢定點(diǎn)的選擇。檢定點(diǎn)應(yīng)按量程基本均勻分布，一般應(yīng)包含上限值、下限值(或其附近輸入量程10%以內(nèi))，不少于 5 個(gè)點(diǎn);準(zhǔn)確度等級(jí)優(yōu)于 0． 1 級(jí)的變送器，檢定點(diǎn)應(yīng)不少于 9 個(gè)點(diǎn)。
②每個(gè)檢定的理論輸出值 A i 的表達(dá)式為:
式中:P i 為第 i 個(gè)檢定點(diǎn)的壓力值;P 0為下限點(diǎn)的壓力值;P max 為上限點(diǎn)的壓力值。由式(1)可知，當(dāng)量程已知，每個(gè)檢定點(diǎn)的理論輸出值都可計(jì)算。
3 測量結(jié)果影響因素研究
3． 1 感壓口余液影響
差壓變送器計(jì)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)零位誤差較大，其他測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)都沒有問題。仔細(xì)觀察后，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)壓力端口內(nèi)(感壓單元) 或兩個(gè)壓力端口內(nèi)存在液體，主要原因是此差壓變送器用于液體介質(zhì)測量，感壓單元上附著有數(shù)量不等的液體，且此差壓變送器的量程較小。
為了避免因這種現(xiàn)象的誤導(dǎo)而引入測量不確定度、造成變送器零位示值超差，需要在計(jì)量檢定前通過使用揮發(fā)性強(qiáng)的清洗液清洗兩個(gè)端口，靜置一段時(shí)間再次測量零點(diǎn)。
當(dāng)檢定介質(zhì)為液體時(shí)，變送器計(jì)量檢定過程中，某差壓變送器的測量數(shù)據(jù)如表 1 所示。
測量結(jié)果的第一次上行程零點(diǎn)值與第一次下行程零點(diǎn)輸出值之間的回程誤差較大，且第一次下行程零點(diǎn)值與第二次上行程、下行程零點(diǎn)輸出值較為接近，但其他檢定點(diǎn)的輸出值都比較接近。
這種情況的發(fā)生主要是由于第一次測量與第二次測量為連續(xù)測量，變送器 L 端通大氣，H 端與壓力源連接，壓力源的介質(zhì)為液體造成的。L 端通大氣作為差壓變送器的零位，H 端與壓力源連接，當(dāng)壓力源卸壓到零點(diǎn)時(shí)，在 H 端感壓單元上還附著有部分液體，所以 H 端的壓力不是通大氣所得到與 L端相同的零點(diǎn)，且此差壓變送器的測量范圍較小造成了這一現(xiàn)象。這有可能會(huì)誤導(dǎo)對(duì)此變送器的最終檢定結(jié)果。
為了避免因這種現(xiàn)象的誤導(dǎo)而造成的此變送器零位示值超差或來回差超差的結(jié)論。通過使用揮發(fā)性強(qiáng)的清洗液清洗 H 端后，靜置一段時(shí)間，再次測量零點(diǎn)的方法解決。得到準(zhǔn)確的下行程零點(diǎn)值，對(duì)此變送器的檢定結(jié)果作出準(zhǔn)確判定。
同樣的問題也在實(shí)際科研生產(chǎn)中發(fā)生，有些差壓變送器被用作普通變送器來測管道內(nèi)液體的壓力(L端通大氣，H 端接管道測壓口)。當(dāng)管道內(nèi)壓力為零時(shí)，變送器顯示不為零，所以就造成一些誤讀，如管道內(nèi)未完全卸壓、差壓變送器損壞、再讀數(shù)時(shí)修正減去零位的示值為最終的讀數(shù)等。
3． 2 壓力真空范圍測量影響
計(jì)量工作人員比較熟悉( －100 ～100)kPa 量程的壓力計(jì)量器具，送檢中此類器具的測量范圍一般為( －90 ～100)kPa。計(jì)量工作人員對(duì)( － 200 ～ 200)kPa量程的壓力計(jì)量器具也不會(huì)陌生，此量程范圍在表壓和絕壓層面是不存在的，但是在差壓領(lǐng)域卻是一個(gè)存在的量程范圍。此量程范圍差壓計(jì)量器具的計(jì)量也顛覆了之前約定俗稱的差壓變送器的計(jì)量理念，而關(guān)于這一方面的內(nèi)容在《規(guī)程》中沒有明確的要求。
